Изображения, доступные для загрузки на веб-сайте пресс-службы MIT, предоставляются некоммерческим организациям, прессе и общественности в соответствии с некоммерческой непроизводной лицензией Creative Commons Attribution. Вы не должны изменять предоставленные изображения, а только обрезать их до нужного размера. соответствующий размер. При копировании изображений необходимо использовать кредит;если это не указано ниже, укажите авторство «MIT» за изображения.
Инженеры Массачусетского технологического института разработали магнитоуправляемого проволочного робота, который может активно скользить по узким, извилистым путям, таким как лабиринт сосудов головного мозга.
В будущем эта роботизированная нить может быть объединена с существующей эндоваскулярной технологией, что позволит врачам удаленно направлять робота через кровеносные сосуды головного мозга пациента для быстрого лечения закупорок и повреждений, например, возникающих при аневризмах и инсультах.
«Инсульт является пятой по значимости причиной смерти и ведущей причиной инвалидности в Соединенных Штатах.Если острые инсульты можно вылечить в течение первых 90 минут или около того, выживаемость пациентов может быть значительно улучшена», — говорят Массачусетский технологический институт машиностроения и Чжао Сюаньхэ, доцент кафедры гражданского и экологического строительства. блокады в этот период «прайм-тайма», мы потенциально могли бы избежать необратимого повреждения мозга.Это наша надежда».
Чжао и его команда, в том числе ведущий автор Юнхо Ким, аспирант факультета машиностроения Массачусетского технологического института, сегодня описывают свою конструкцию мягкого робота в журнале Science Robotics. Другими соавторами статьи являются аспирант Массачусетского технологического института Герман Альберто Парада и приглашенный студент. Шэндуо Лю.
Чтобы удалить тромбы из головного мозга, врачи обычно выполняют эндоваскулярную операцию — минимально инвазивную процедуру, при которой хирург вводит тонкую нить через главную артерию пациента, обычно в ноге или в паху. Под флюороскопическим контролем, при котором одновременно используются рентгеновские лучи, Чтобы сфотографировать кровеносные сосуды, хирург затем вручную вращает провод в поврежденные кровеносные сосуды головного мозга. Затем катетер можно провести по проводу, чтобы доставить лекарство или устройство для извлечения тромба в пораженный участок.
По словам Кима, эта процедура может быть тяжелой с физической точки зрения и требует от хирургов специальной подготовки, чтобы выдерживать многократное радиационное облучение при рентгеноскопии.
«Это очень требовательный навык, и хирургов просто не хватает для обслуживания пациентов, особенно в пригородных или сельских районах», — сказал Ким.
Медицинские проводники, используемые в таких процедурах, являются пассивными, то есть ими необходимо манипулировать вручную, и они часто изготавливаются из металлического сплава и покрыты полимером, который, по словам Кима, может создавать трение и повредить оболочку кровеносных сосудов. тесное пространство.
Команда поняла, что разработки в их лаборатории могут помочь улучшить такие эндоваскулярные процедуры, как в конструкции проводников, так и в снижении воздействия на врачей любого связанного с ними излучения.
За последние несколько лет команда накопила опыт в области гидрогелей (биосовместимых материалов, в основном состоящих из воды) и материалов с магнитным приводом для 3D-печати, которые можно спроектировать так, чтобы ползать, прыгать и даже ловить мяч, просто следуя указаниям. магнит.
В новой статье исследователи объединили свою работу над гидрогелями и магнитным приводом, чтобы создать магнитоуправляемый роботизированный провод с гидрогелевым покрытием или проводник, который они смогли сделать достаточно тонким, чтобы магнитно направлять кровеносные сосуды через силиконовые копии мозга в натуральную величину. .
Сердечник роботизированной проволоки изготовлен из никель-титанового сплава, или «нитинола», материала, который является одновременно гибким и эластичным. В отличие от подвесок, которые сохраняют свою форму при сгибании, нитиноловая проволока возвращается к своей первоначальной форме, придавая ей больше гибкость при обертывании плотных, извилистых кровеносных сосудов. Команда покрыла сердцевину провода резиновой пастой или чернилами и внедрила в него магнитные частицы.
Наконец, они использовали ранее разработанный ими химический процесс для покрытия и скрепления магнитного покрытия гидрогелем — материалом, который не влияет на чувствительность лежащих под ним магнитных частиц, но при этом обеспечивает гладкую, биосовместимую поверхность без трения.
Они продемонстрировали точность и активацию роботизированной проволоки, используя большой магнит (похожий на веревку марионетки), чтобы провести проволоку через полосу препятствий небольшой петли, напоминающей проволоку, проходящую через игольное ушко.
Исследователи также протестировали провод на силиконовой копии основных кровеносных сосудов мозга в натуральную величину, включая тромбы и аневризмы, которая имитировала компьютерную томографию мозга реального пациента. Команда наполнила силиконовый контейнер жидкостью, имитирующей вязкость крови. , а затем вручную манипулировал большими магнитами вокруг модели, чтобы направить робота по извилистой узкой дорожке контейнера.
По словам Кима, роботизированные нити можно функционализировать, а это означает, что можно добавить функциональность — например, доставлять лекарства, уменьшающие тромбы, или разрушать закупорки с помощью лазеров. Чтобы продемонстрировать последнее, команда заменила нитиноловые сердцевины нитей на оптические волокна и обнаружила, что они могли магнитно направлять робота и активировать лазер, как только он достигнет целевой области.
Когда исследователи сравнили роботизированную проволоку с гидрогелевым покрытием и роботизированную проволоку без покрытия, они обнаружили, что гидрогель обеспечивает проволоке столь необходимое преимущество скольжения, позволяя ей скользить в узких пространствах, не застревая. При эндоваскулярных процедурах это свойство будет иметь ключевое значение для предотвращения трения и повреждения облицовки сосуда при прохождении нити.
«Одной из проблем в хирургии является возможность пересечь сложные кровеносные сосуды головного мозга, диаметр которых настолько мал, что коммерческие катетеры не могут достичь их», — сказал Кюджин Чо, профессор машиностроения Сеульского национального университета.«Это исследование показывает, как преодолеть эту проблему.потенциал и сделать возможным проведение хирургических операций на головном мозге без открытой операции».
Как эта новая роботизированная нить защищает хирургов от радиации? Магнитоуправляемый проводник избавляет хирургов от необходимости проталкивать провод в кровеносный сосуд пациента, говорит Ким. Это означает, что врачу также не обязательно находиться рядом с пациентом и И, что более важно, флюороскоп, производящий излучение.
В ближайшем будущем он предполагает, что эндоваскулярная хирургия будет включать в себя существующие магнитные технологии, такие как пары больших магнитов, что позволит врачам находиться за пределами операционной, вдали от флюороскопов, которые отображают мозг пациентов, или даже в совершенно других местах.
«Существующие платформы могут прикладывать к пациенту магнитное поле и одновременно выполнять рентгеноскопию, а врач может управлять магнитным полем с помощью джойстика в другой комнате или даже в другом городе», — сказал Ким». использовать существующие технологии на следующем этапе, чтобы протестировать нашу роботизированную нить in vivo».
Финансирование исследования частично поступило от Управления военно-морских исследований, Института солдатских нанотехнологий Массачусетского технологического института и Национального научного фонда (NSF).
Репортер Motherboard Бекки Феррейра пишет, что исследователи Массачусетского технологического института разработали роботизированную нить, которую можно использовать для лечения неврологических тромбов или инсультов. Роботы могут быть оснащены лекарствами или лазерами, которые «могут доставляться в проблемные области мозга.Этот тип минимально инвазивной технологии может также помочь смягчить ущерб от неврологических чрезвычайных ситуаций, таких как инсульт».
Исследователи Массачусетского технологического института создали новую нить магнетронной робототехники, которая может проходить через человеческий мозг, пишет репортер Смитсоновского института Джейсон Дейли. «В будущем она может проходить через кровеносные сосуды мозга, чтобы помочь устранить закупорки», — объясняет Дейли.
Репортер TechCrunch Даррел Этерингтон пишет, что исследователи МИ разработали новую роботизированную нить, которую можно использовать для того, чтобы сделать операцию на головном мозге менее инвазивной. Этерингтон объяснил, что новая роботизированная нить может «облегчить и сделать более доступным лечение цереброваскулярных проблем, таких как закупорка и поражения, которые могут привести к аневризмам и инсультам».
Исследователи Массачусетского технологического института разработали нового робота-червя с магнитным управлением, который однажды может помочь сделать операцию на головном мозге менее инвазивной, сообщает Крис Стокер-Уокер из New Scientist. При тестировании на кремниевой модели человеческого мозга «робот может пробираться сквозь труднодоступные места». достигают кровеносных сосудов».
Репортер Gizmodo Эндрю Лишевски пишет, что новая нитевидная роботизированная работа, разработанная исследователями Массачусетского технологического института, может быть использована для быстрого устранения закупорок и тромбов, вызывающих инсульт». что хирургам часто приходится терпеть», — объяснил Лишевски.