Изображения, доступные для загрузки на веб-сайте пресс-службы Массачусетского технологического института, предоставляются некоммерческим организациям, прессе и общественности в соответствии с некоммерческой непроизводной лицензией Creative Commons Attribution. Вы не должны изменять предоставленные изображения, только обрезать их до соответствующий размер. Кредит должен быть использован при копировании изображений;если не указано ниже, укажите «MIT» для изображений.
Инженеры Массачусетского технологического института разработали проводоподобного робота с магнитным управлением, 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 дистанционно направлять робота через кровеносные сосуды головного мозга пациента для быстрого лечения закупорки и повреждений, таких как те, которые возникают при аневризмах и инсультах.
«Инсульт является пятой по значимости причиной смерти и основной причиной инвалидности в Соединенных Штатах.Если острые инсульты можно лечить в течение первых 90 минут или около того, выживаемость пациентов может быть значительно улучшена», — говорят в Массачусетском технологическом институте машиностроения и Чжао Сюаньхэ, адъюнкт-профессор гражданской и экологической инженерии. блокировки в этот период «прайм-тайма», мы потенциально могли бы избежать необратимого повреждения мозга.Это наша надежда».
Чжао и его команда, включая ведущего автора Юнхо Кима, аспиранта факультета машиностроения Массачусетского технологического института, сегодня описывают свой дизайн мягкого робота в журнале Science Robotics. Шэндуо Лю.
Чтобы удалить тромбы из головного мозга, врачи обычно проводят эндоваскулярную хирургию, минимально инвазивную процедуру, при которой хирург вводит тонкую нить через главную артерию пациента, обычно в ногу или в пах. изображения кровеносных сосудов, затем хирург вручную поворачивает проводник в поврежденные кровеносные сосуды головного мозга. Затем катетер можно провести вдоль провода, чтобы доставить лекарство или устройство для извлечения сгустка в пораженный участок.
По словам Ким, процедура может быть сложной физически и требует от хирургов специальной подготовки, чтобы выдерживать многократное облучение при рентгеноскопии.
«Это очень требовательный навык, и хирургов просто не хватает для обслуживания пациентов, особенно в пригородах или сельской местности», — сказал Ким.
Медицинские проводники, используемые в таких процедурах, являются пассивными, то есть с ними нужно манипулировать вручную, и часто изготавливаются из сердечника из металлического сплава и покрыты полимером, который, по словам Ким, может создавать трение и повреждать слизистую 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 из воды) и 3D-печати материалов с магнитным приводом, которые можно сконструировать таким образом, чтобы они могли ползать, прыгать и даже ловить мяч, просто следуя направлению движения. магнит.
В новой статье исследователи объединили свою работу над гидрогелями и магнитным приводом, чтобы создать управляемый магнитом 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. .
Сердцевина роботизированной проволоки изготовлена ​​из никель-титанового сплава, или «нитинола», материала, который является одновременно гибким и эластичным. гибкость при обертывании тугих, извилистых кровеносных сосудов. Команда покрыла сердцевину проволоки резиновой пастой или чернилами и встроила в нее магнитные частицы.
Наконец, они использовали химический процесс, который они ранее разработали, чтобы покрыть и связать магнитную накладку с гидрогелем — материалом, который не влияет на чувствительность лежащих под ним магнитных частиц, но при этом обеспечивает гладкую, свободную от трения, биосовместимую поверхность.
Они продемонстрировали точность и активацию роботизированной проволоки, используя большой магнит (очень похожий на веревку марионетки), чтобы направить проволоку через полосу препятствий небольшой петли, напоминающей проволоку, проходящую через игольное ушко.
Исследователи также проверили провод в силиконовой копии крупных кровеносных сосудов головного мозга в натуральную величину, включая сгустки и аневризмы, которые имитировали компьютерную томографию реального мозга пациента. Команда наполнила силиконовый контейнер жидкостью, которая имитирует вязкость крови. , затем вручную манипулировали большими магнитами вокруг модели, чтобы провести робота по извилистому узкому пути контейнера.
По словам Кима, роботизированные нити могут быть функционализированы, а это означает, что функциональность может быть добавлена ​​— например, доставка лекарств, уменьшающих образование тромбов, или удаление закупорки с помощью лазеров. Чтобы продемонстрировать последнее, команда заменила нитиноловые сердцевины нитей оптическими волокнами и обнаружила, что они могли магнитно направлять робота и активировать лазер, как только он достигал целевой области.
Когда исследователи сравнили роботизированную проволоку с гидрогелевым покрытием с роботизированной проволокой без покрытия, они обнаружили, что гидрогель обеспечивает проволоке столь необходимое преимущество в отношении скольжения, позволяя ей скользить в более узких пространствах без застревания. При эндоваскулярных процедурах, это свойство будет иметь ключевое значение для предотвращения трения и повреждения футеровки сосуда при прохождении нити.
«Одной из проблем в хирургии является возможность пройти через сложные кровеносные сосуды в мозге, которые настолько малы в диаметре, что коммерческие катетеры не могут пройти», — сказал Кюджин Чо, профессор машиностроения в Сеульском национальном университете.«Это исследование показывает, как преодолеть эту проблему.потенциал и позволяют хирургические процедуры в головном мозге без открытой хирургии».
Как эта новая роботизированная нить защищает хирургов от радиации? Управляемый магнитом проводник избавляет хирургов от необходимости вводить проводник в кровеносный сосуд пациента, сказал Ким. Это означает, что врачу также не нужно находиться рядом с пациентом и , что более важно, флюороскоп, который производит излучение.
В ближайшем будущем он предполагает эндоваскулярную хирургию, включающую существующие магнитные технологии, такие как пары больших магнитов, что позволит врачам находиться за пределами операционной, вдали от флюороскопов, которые визуализируют мозг пациентов, или даже в совершенно других местах.
«Существующие платформы могут воздействовать на пациента магнитным полем и одновременно проводить рентгеноскопию, а врач может управлять магнитным полем с помощью джойстика в другой комнате или даже в другом городе», — сказал Ким. использовать существующую технологию на следующем этапе, чтобы протестировать нашу роботизированную нить в естественных условиях».
Частично финансирование исследования 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 быть доставлены в проблемные области мозга.Этот тип минимально инвазивной технологии может также помочь уменьшить ущерб от неврологических неотложных состояний, таких как инсульты».
Исследователи Массачусетского технологического института создали новую нить магнетронной робототехники, которая может извиваться в человеческом мозгу, пишет репортер Смитсоновского института Джейсон Дейли.
Репортер TechCrunch Даррелл Этерингтон пишет, что исследователи MI разработали новую роботизированную нить, которая может быть использована для того, чтобы сделать операции на головном мозге менее инвазивными. поражения, которые могут привести к аневризмам и инсультам».
Исследователи Массачусетского технологического института разработали нового робота-червя с магнитным управлением, который однажды может помочь сделать операции на головном мозге менее инвазивными, сообщает Крис Стокер-Уокер из New Scientist. добраться до 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 инсульты. что хирургам часто приходится терпеть», — объяснил Лишевски.