Science Robotics | 在大脑血管里“开船”：瑞士洛桑联邦理工学院团队开发新型“智能微导管”精准驶入脑部手术禁区

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大脑的血管网络是人体内最复杂的结构之一，由宏观的主动脉延伸至微米级的毛细血管终端。这套系统为大脑功能区提供着至关重要的血液供应。然而，当病变发生于最末端的微小动脉——如动脉瘤、动静脉畸形或肿瘤供血血管时，治疗便面临着严峻的物理挑战。

当前的微创介入技术，依赖于医生在体外通过近端力学传递来操控导管。为确保导管能被有效推送，其管身必须具备一定的纵向刚度。但这与安全穿行于大脑深部迂曲、脆弱血管所需的极高柔性形成了根本性的矛盾。这一力学制约，将现有微导管的尖端直径限制在0.5毫米以上，使得更深层的微血管网络成为一片无法安全抵达的技术前沿，任何尝试都伴随着极高的血管穿孔与内皮损伤风险。

近日，来自瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）的研究团队带来了一个颠覆性的解决方案：一根不再依赖“推送”的智能微导管。这根名为MagFlow的“纳米潜艇”，旨在被血流“携带”至大脑最深处，并由磁场进行远程遥控。在Science Robotics上发表的最新研究中，它展示了惊人的潜力：在大型动物模型中，成功进入了直径仅0.18毫米的超细动脉。

技术特点：从“力学传递”到“能量利用”的范式革命

MagFlow的核心不在于更精巧的推送机制，而在于对导航原理的重构。研究团队最初面临的，正是那个困扰业界数十年的“刚柔矛盾”。如果继续沿着“如何更好地推送”这条老路走，无非是材料学的渐进式改良，永远无法突破物理极限。

于是，团队转向了一个全新的思路：我们为什么一定要“推”它？我们能不能让它自己“游”过去？

这个提问，引出了整个研究的亮点。他们决定彻底抛弃对近端力学传递的依赖，转而利用两种自然界中最基本的能量：

驱动力：利用血流的动能。 MagFlow的管体由极致柔软的聚合物材料通过微加工技术制成，几乎没有纵向刚度。它不再与血流“对抗”，而是像一片树叶顺流而下，被血液的自然流动轻松地“携带”至血管深处。这种“搭便车”的模式，从根本上消除了推送带来的机械损伤风险。

转向力：利用磁场的势能。仅仅顺流而下是不够的，必须能在血管的“岔路口”做出选择。团队在MagFlow的尖端集成了一颗微型永磁体。在体外，一个全向磁场导航平台可以产生精准的磁场，像一只无形的手，“遥控”导管尖端在需要时转向，拐入正确的目标分支。

图1：MagFlow智能微导管的精妙设计： (A) 导管整体结构，从常规尺寸的近端（左）逐渐微缩至80毫米长的超柔性远端（右），尖端集成了微型磁铁。(B) 核心创新：导航时，导管呈扁平状以获得极致柔性；当需要注射时，液体压力会将其“充气“为圆形管道，确保药物通畅输送。(C) 导管实物与手指对比，其纤细和柔性肉眼可见。

然而，这又带来了新的工程挑战：一根如此柔软的管子，如何确保内部通道足以注射高粘度的栓塞药物？

答案是可充气式扁平管体设计。在导航阶段，MagFlow呈扁平状，以获得最低的流体阻力和最高的柔性。当到达目标位置后，医生开始注射药物，液体的压力会瞬间将扁平的管体“吹”成一个圆形的管道。这一智能的形态转换，成功解决了“极致柔软”与“通畅输送”之间的矛盾。

但如何在这趟顺流而下的旅程中，成为一个聪明的“乘客”而非盲目的漂流者？

答案是磁力。MagFlow的尖端是一颗微型磁铁，而体外的磁场导航平台则像一个巨大的GPS，能隔空发出转向指令。这只“无形的手”确保了导管在每一个关键的血管“岔路口”，都能驶向正确的方向。

图2：实现精准遥控的OmniMag磁场导航平台。 (A, B) 平台通过一个机械臂末端的电磁线圈（OmniMag），产生一个可控的外部磁场（B），从而对导管尖端的磁铁（m）施加精准的转向力矩，如同有一只“无形的手”在遥控。(C, D) 实验演示：在模拟血管（流体模型）中，系统成功引导导管（白色虚线高亮部分）在复杂的岔路口做出正确转向。

大动物模型验证：一颗“聪明”且“精准”的导航仪

仅仅找到正确的物理原理还不够，MagFlow还必须在接近真实的生物环境中证明自己。在猪模型（其脑血管系统与人类高度相似）的活体实验中，MagFlow展现了前所未有的性能：

极限导航（Navigation）：它成功进入了直径仅为180微米（0.18毫米）的睫状后长动脉，并轻松通过了曲率半径仅为0.69毫米的急转弯，这些都是传统导管技术无法想象的区域。

精准栓塞（Embolization）：在抵达目标血管后，研究人员成功通过它注入了液体栓塞剂，精确地阻断了目标血管的血流，而周围的健康血管丝毫无损。这验证了其作为治疗工具的全部潜力。

系统兼容（Compatibility）：整个磁场导航平台被设计为可与医院现有的双平面透视成像系统无缝集成，这意味着它具备极高的临床转化潜力。

图3：此图为猪模型中一段脊髓动脉（RMA）的3D重建图，其结构与人脑血管高度相似。MagFlow成功通过了两个连续的“发夹弯”，其中最急的弯道曲率半径仅0.69毫米 (Plane A视角)，而血管远端直径缩小至0.25毫米 (Plane B视角)。

分析与评论

MagFlow代表了从“机械介入”到“智能导航”的范式转变。传统导管的革命性在于它让我们能够进入大血管，而MagFlow的革命性在于它让我们能够安全地探索微血管。

优势显而易见：

它在相当程度上解决了困扰微创介入手术的“刚柔矛盾”，为治疗那些曾经的“手术禁区”内的脑动脉瘤、动静脉畸形和肿瘤开辟了全新的道路。它将手术的安全性、精准性和可达性提升到了一个全新的维度。

挑战依然存在：

血流依赖性：该技术依赖于稳定的血流作为驱动力。在某些病变区域（如巨大动脉瘤内部），血流可能极其缓慢或紊乱，这可能会影响其导航效率。

磁场控制精度：虽然平台表现优异，但在真实的人体手术中，如何生成一个不受患者微小移动和周围医疗设备干扰的、稳定且精准的磁场，仍是需要攻克的工程难题。

未来的想象空间：

MagFlow真正令人兴奋的是它所开创的平台。今天，它通过注入栓塞剂来治疗血管病变；明天，同样的平台或许可以携带微量药物，实现对脑肿瘤的超靶向化疗，或者递送基因疗法药物，治疗神经退行性疾病。MagFlow告诉我们，未来血管内治疗的极限，不仅仅于我们能把器械“推”多远，更在于我们能多“聪明”地利用物理规律和身体内部环境，让治疗工具自己到达我们想让它去的任何地方。

▼参考资料

Lucio Pancaldi et al. ,Flow-driven magnetic microcatheter for superselective arterial embolization.Sci. Robot.10,eadu4003(2025).DOI:10.1126/scirobotics.adu4003