近日，医潜了解到来自马克斯普朗克智能系统研究所、苏黎世联邦理工学院、同济大学、科奇大学和智能自主系统前沿科学中心的研究人员合作设计出了一种以穿山甲鳞甲为灵感的新型无线磁控医疗机器人。
该款穿山甲拟态无线磁控医疗机器人（以下简称“穿山甲机器人”）是受穿山甲鳞片为启发的新型机器人。使用此种设计后，可以将更为稳定的固体材料用于软体机器人，实现更快的移动速度和创新的加热功能。
1、无线磁控医疗机器人
无线磁控机器人是近些年来兴起的新技术，是一种集成了磁力控制、软体设计和无线操作等多项技术的先进医疗设备。
无线磁控机器人原理
这种机器人的基础原理是：所有带磁性的物体在匀强的磁场下，都会受到转动力，让它本身磁矩的方向与磁场方向同向。
在磁性原理的基础上，研究人员将钕铁硼颗粒和柔软的有机硅PDMS材料结合，制成微型软体机器人，并在表面覆盖了一层生物相容性的水凝胶层，这样不仅克服了微型物体与机器人软尖端之间的粘附力，还可降低微型机器人与基板之间的摩擦力，另外还可减小对生物目标的伤害。
磁驱动系统由一对垂直电磁铁组成，微型机器人根据磁场进行转向和振动移动，由于机器人是软的，可以灵活弯曲身体，这使其能够在复杂的分叉环境中灵活转向。
无线磁控机器人可以实现微创手术、靶向药物输送、体内诊断等多项功能：
微创手术：由于其自身的柔软性和小型化设计，它可以通过身体的自然通道或小切口进入人体内部进行操作，极大地减少了对患者的创伤。通过外部的磁场操控，医生可以准确地操纵机器人，使其在体内进行精细操作，如精确的切割、移动组织或器官等。
靶向药物输送：无线磁控软体医疗机器人还可以作为药物输送系统，实现在体内精确地、定点释放药物。例如，可以通过机器人将药物精确输送到肿瘤组织上，提高药物的使用效果，同时减少对正常组织的伤害。
体内诊断设备：无线磁控软体医疗机器人也可以用作诊断设备，例如胃镜、结肠镜等。与传统设备相比，无绳磁控软体机器人因其小巧、灵活的特性，使得诊断过程更为舒适和准确。
随着科技的发展，人们提出更多需求，而传统的无线磁控机器人已经难以满足新的医疗需求。
拟态穿山甲软体机器人
穿山甲机器人使用双层结构示意图
在许多生物医学应用中，加热是一种常用的医疗程序，如灭活、凝固和切割，因此，无缆机器人若具有该功能是革命性的进步。然而，加热势必要使用到固体材料，如果直接使用刚性材料会限制和妨碍无缆软体机器人的灵活度。这便是传统软体机器人的局限性，相比于前者，穿山甲机器人利用固体材料制成鳞甲状外壳解决了该问题，并存在以下优势：
研究人员从穿山甲身上找到灵感，该穿山甲机器人可以利用磁性卷曲，加快在人体内的移动速度。
可以通过外部接受 338kHz 的射频场，在 30 秒内将约 5cm 的人体组织加热到 70 摄氏度以上。
能够将药物通过蜜蜡粘附到机器人上，在需要药物投送的位置通过加热融化蜜蜡以释放药物。
“会加热的鳞甲”
通过338kHz 射频场加热是穿山甲机器人最重要的创新项。根据该项目的研究人员在《nature》发布的相关论文显示，该机器人使用了一种名为交变磁场的远程加热技术，以实现在无线情况下加热的功能：
在闭合线环的磁通量发生变化时，会如法拉第定律所述感应出电动势（emf）。根据楞次定律，感应电动势使得环路中的感应电流产生磁通量，那么逆向该反应之后，这种电流被称之为涡流。流过导体后，即可产生热量。
“鳞甲”的结构也是经过严格设计的，根据论文显示，为了获得最佳的加热性能，必须考虑所需的机械顺应性。由此研究人员根据重叠的穿山甲鳞甲设计出了具有100%重叠的50 μm厚的鳞片结构，这种设计能够平衡机器人的灵活度和机械顺应性，最大程度保证加热性能。
多项优势使得穿山甲机器人相比曾经的软体机器人有更大的市场前景，其可以应用于血管介入、靶向治疗、体内诊断等多个领域，那么其存在多少市场价值呢？
2、无线磁控医疗机器人市场分析
血管介入渗透率低
血管介入机器人作为新兴领域，在美国血管介入领域的机器人手术渗透率也仅为0.5%左右，由此全球有超40亿的市场等着国内外企业去开拓。而在国内血管介入手术机器人的市场规模将于2022年达到3400万人民币，并在2030年进一步增长至58.24亿人民币，自2022年至2030年的复合年增长率为90.3％。无线磁控医疗机器人若用于血管介入领域，将会有巨大的增长空间。
微创手术迅猛增长
中国微创外科手术器械及配件市场的规模于过去五年迅猛增长。中国微创外科手术器械及配件市场的规模由2016年的117.72亿元增至2020年的192.43亿元，复合年增长率为13.1%，预计2022年将达至270.32亿元。中国腔镜及智能吻合器市场为微创外科手术器械及配件市场中最大的市场，其规模于2020年占中国微创外科手术器械及配件整体市场的27.9%。而无线磁控医疗机器人作为微创手术和腔镜手术重要的医疗器械，也将从此受益。
市场处于发展初期
目前，世界范围内获批的血管介入机器人产品相对较少，整个行业还处于发展初期，市场格局未定。而国内市场尚无相关产品获批，大多数产品处于研发和注册上市阶段。在国际市场上，也仅有少数几家企业获批 FDA。例如西门子途灵的CorPath GRX是全球唯一同时取得CE认证和FDA认证的血管介入手术机器人，Robocath的R-One已获得CE认证；强生的Sensei X2取得FDA批准。本次由顶尖大学与研究机构联合研发的穿山甲无线磁控机器人因其出色性能也能够在此市场分一杯羹。
下面我们将介绍几款目前的血管介入机器人产品。
3、血管介入机器人盘点
西门子 CorPath GRX
美国医疗机器人公司Corindus Vascular Robotics在RNS的基础上研发出了其初代产品Corpath200，于2012年获得了FDA批准上市用于PCI。2016年第四季度Corindus的二代产品CorPath®获得了FDA批准上市用于PCI。
2019年8月8日，西门子医疗宣布以11亿美元收购Corindus Vascular Robotics。2021年7月30日Corindus途灵™最新一代CorPath® GRX介入手术机器人获准进入中国的特别审查程序。2021年12月27日，西门子医疗中国与Mentice在上海共同宣布正式合作，从2022年开始的为期3年的合作协议期内，西门子医疗Corindus途灵™介入手术机器人在中国正式上市后所销售的设备都将搭载Mentice VIST®虚拟患者模拟器。
Robocath-R-One
2019年2月，法国Robocath公司开发的血管介入手术机器人R-One™获得了CE认证用于PCI，并于同年9月开始临床使用，是欧洲第一个在介入心脏病学领域获得CE标志的机器人解决方案。该机器人通过精密技术来辅助介入医生进行支架置入术。
2020年10月上海微创医疗机器人股份有限公司和法国Robocath S.A.S联合在华成立合资公司知脉机器人有限公司，将R-ONE引进中国。
强生 Sensei X2
强生在手术机器人板块的发力，还得从2019年以34亿美元天价收购Auris Health说起。Auris Health由“手术机器人之父”Frederic Moll创办，经过10年的运营，其Monarch平台以及在肺癌支气管镜诊断和治疗中得到了FDA许可。此前Auris还收购了汉森医疗旗下的多个手术机器人平台，其中就包括Sensei X2 机器人系统。
Sensei X2 机器人系统是一种在电生理过程中用于远程导航心脏心房中的机器人导管的技术。Sensei 技术提供导管稳定性、准确性和进入心房难以到达区域的通道。Sensei 的远程工作站集成了医生在电生理过程中使用的多个成像源。已证明使用 Sensei 可减少左心房电生理检查过程中的透视辐射暴露。
国产鲁班手术机器人
“鲁班”微创血管介入手术机器人，是由北京天坛医院李佑祥教授临床研究团队联合北京理工大学研发的一款微创血管介入手术机器人系统，能同时完成造影和治疗操作，技术水平处于国际领先地位。此项目的实施，成功实现了多项微创介入手术机器人的关键技术的突破。2019年，该手术机器人系统成功实施了国内首例脑血管临床试验。
截止至2021年8月底，“鲁班”神经介入机器人手术已达到100例，是目前国际上最大的一组介入机器手术病例。手术成功率100%，无一例并发症。过程中术者0射线，平均手术操作时间为每台20分钟。
这款灵感源自穿山甲鳞甲的新型无绳磁控医疗机器人，其能在极短的时间内有效加热人体组织，是人工智能与生物医学交叉领域的一大突破。这一突破有着深远的实际意义，不仅可能改变癌症等疾病的治疗方式，更可能引领我们进入一个全新的医疗时代，改善着无数患者的生活。
