现有的导管技术在微小且复杂的血管系统中存在进入困难、操作效率低以及对血管组织损伤风险较高等问题，限制了内血管治疗的广泛应用和效果提升。尽管微导管已成为神经血管、心血管等微细血管的靶向介入治疗的重要工具，但由于血管结构复杂和血流环境恶劣，传统微导管难以实现精准操控与多功能治疗。因此，开发一种能够实现精确导航、有效治疗且具有良好组织兼容性的微导管系统成为实际临床需求的迫切方向，为卒中、动脉闭塞等血管疾病的微创治疗提供新的技术支持。
近期，香港中文大学机械与自动化工程学系张立教授团队与香港理工大学杨立冬助理教授联合香港中文大学医学院内科及药物治疗学系脑神经科助理教授叶耀明医生、香港中文大学医学院内科及药物治疗学系利国伟脑神经学教授及脑神经科主任梁慧康教授在《Science Advances》期刊上在线发表题为“A magnetically actuated microcatheter with soft rotatable tip for enhanced endovascular access and treatment efficiency” 的原创性论著。香港中文大学机械与自动化系博士后张沫艽博士为论文第一作者，香港理工大学杨立冬助理教授，香港中文大学医学院内科及药物治疗学系脑神经科助理教授叶耀明医生、香港中文大学医学院内科及药物治疗学系利国伟脑神经学教授及脑神经科主任梁慧康教授和香港中文大学机械与自动化系张立教授为论文共同通讯作者。
该研究提出了一种基于3D打印技术制造的亚毫米级磁控软旋转微导管，成功实现了在狭窄复杂血管中的高精度导航与多功能一体化治疗。通过采用3D打印工艺精确构建低刚度且可旋转的螺旋柔性导管头部，实现了柔性材料与微尺度结构的有机结合，不仅提升了导管的可控性和安全性，还显著增强了药物与血栓的作用效率及机械血栓破碎能力，为血管介入手术中的微创治疗提供了高效且创新的技术方案，推动了软体医疗机器人在临床中的应用转化。
该磁控软旋转微导管的制作过程基于结合3D打印与翻模工艺，首先利用摩方精密面投影微立体光刻（PμSL）3D打印技术制造出导管头部的模具，实现复杂螺旋结构的精细成形。随后采用软性硅胶材料（PDMS）进行倒模成型，得到低刚度且具有旋转能力的螺旋形导管外壳，该设计有效避免了传统硬质结构对血管壁的硬性接触，提升了血管组织的安全性。导管内部嵌入永久磁铁和微型球形关节，实现导管头部的三维旋转自由度。整个微导管的外径控制在800微米以内，兼具足够的推送力和柔性，能够适应血管的复杂曲折结构（图1）。
图1. 亚毫米级磁控微导管的加工方法。
在导航实验中，利用机器人臂控制的五自由度磁体系统产生定向和旋转磁场，实现微导管头部的精准定位和方向控制。实验设置包括人脑血管硅胶仿真模型，涵盖多处狭窄且角度尖锐的分支，通过旋转辅助导航策略减少导管尖端与血管壁的摩擦阻力，有效防止导管体的弯曲和卡阻。结果显示，旋转辅助方法使导管在多重急转弯的血管模型中通行更加顺畅，导航效率较传统静态磁场引导提升约50%，且插入力显著降低，验证了微导管设计在实际应用中高效且安全的导航性能。此外，旋转运动还能促进流体在导管工作腔的输送，增强药物输送效能(图2)。
图2. 主动转向策略的原理与实验验证。
该研究开发的磁控软旋转微导管（MSRM）具备多项创新医疗功能，显著提升血管内介入治疗的效率和安全性。首先，微导管通过旋转辅助主动转向，实现对狭窄、复杂、曲折血管的高效导航，减少导管尖端与血管壁的摩擦，避免弯曲和卡阻，保障在直径小于2毫米的远端血管中的优异通达能力。其次，该导管集成了多种治疗功能，包括药物输送、机械血栓破碎和血栓碎片回收。导管头部的旋转螺旋结构不仅能够促进药物与血栓的高效接触，加快溶栓速度，还能通过机械摩擦作用物理破坏血栓，提高溶栓治疗的总体效果。
此外，旋转运动产生的流体动力能够逆向输送血栓碎片，配合吸引装置实现血栓碎片的安全回收，降低血管堵塞和远端栓塞风险。这种药物-机械联合治疗策略有效克服了单纯药物溶栓或机械治疗的局限。最后，导管柔软的旋转头部设计和温和的操作模式降低了血管损伤风险，符合临床对微创、安全性的需求。动物体内及人体血管模型中的实验证明了MSRM在血栓清除和远端血管访问上的高效性和安全性，有望为卒中及其他血管疾病提供更加精准、快速且低创伤的介入治疗手段（图3）。
图3. MSRM 螺旋形头部流体与治疗功能设计与仿真结果。
在新西兰兔体内实验中，MSRM微导管成功实现了对复杂血管分支的高效导航，旋转辅助主动弯曲策略使导航速度提升约50%，显著降低了导管张力和卡阻风险。结合局部注射溶栓药物，微导管通过机械旋转辅助快速分解和清除血栓，血栓在15分钟内显著消除，且未观察到血管损伤或并发症。实验结果表明，MSRM具备优异的操作性能和良好的生物相容性，体现了其在微血管导航及血栓治疗中的高效性和安全性（图4）。
图4. 活体动物实验的设计示意图和验证结果。
MSRM制备方法：通过摩方面投影微立体光刻（PμSL）技术（nanoArch® S130，精度：2μm）制备负模，随后用非磁性夹具固定负模，注入预制的PDMS液体，并在负模内嵌入微型永磁体，固化3小时。脱模后获得软性螺旋形导管尖端，球形关节腔及中空关节采用摩方微纳3D打印技术制备，最终通过手动组装，完成可旋转的软性微导管尖端。
总结：本文提出了一种具备软质可旋转末端的磁控微导管，旨在提升血管内介入的可达性和治疗效率。该微导管通过旋转辅助自主转向，显著改善了在狭窄弯曲血管中的导航能力。实验证明其在体外脑血管模型和活体动物中表现出优异的操控性和导航能力，有望推动磁控微型医疗机器人的发展与临床应用。
这项研究得到香港研究资助局（RGC）、香港创新科技署（ITC）、中大天石机器人研究所、中大-中国科学院深圳先进技术研究院机器人与智能系统联合实验室、创新香港研发平台（InnoHK）的医疗机器人创新技术中心（MRC）的支持。该工作得到新加坡南洋理工大学沈祖尧教授、中国科学技术大学王柳教授的大力合作和帮助。
原文链接：https://doi.org/10.1126/sciadv.adv1682
