Зображення, доступні для завантаження на веб-сайті прес-служби Массачусетського технологічного інституту, надаються некомерційним організаціям, пресі та громадськості згідно з некомерційною непохідною ліцензією Creative Commons Attribution. Ви не повинні змінювати надані зображення, а лише обрізати їх відповідно до відповідний розмір. Під час копіювання зображень необхідно використовувати кредит;якщо не вказано нижче, вкажіть «MIT» для зображень.
Інженери Массачусетського технологічного інституту розробили дротоподібного робота з магнітним керуванням, який може активно ковзати вузькими звивистими шляхами, такими як лабіринт судин мозку.
У майбутньому цю роботизовану нитку можна поєднати з існуючою ендоваскулярною технологією, що дозволить лікарям дистанційно направляти робота через кровоносні судини мозку пацієнта для швидкого лікування закупорок і уражень, таких як ті, що виникають при аневризмах та інсультах.
«Інсульт є п’ятою основною причиною смерті та основною причиною інвалідності в Сполучених Штатах.Якщо гострий інсульт можна лікувати протягом перших 90 хвилин або близько того, виживаність пацієнтів може значно підвищитися», — кажуть у відділі машинобудування Массачусетського технологічного інституту та доцент кафедри цивільного будівництва та екологічної інженерії Чжао Сюаньхе. «Якщо ми зможемо розробити пристрій для реверсії судин блокування під час цього періоду «прайм-тайму», ми потенційно можемо уникнути постійного пошкодження мозку.Це наша надія».
Чжао та його команда, включаючи провідного автора Юнхо Кіма, аспіранта кафедри машинобудування Массачусетського технологічного інституту, сьогодні описують дизайн свого м’якого робота в журналі Science Robotics. Іншими співавторами статті є аспірант Массачусетського технологічного інституту Герман Альберто Парада та запрошений студент Шендуо Лю.
Щоб видалити тромби з мозку, лікарі зазвичай проводять ендоваскулярну хірургію, мінімально інвазивну процедуру, під час якої хірург вводить тонку нитку через головну артерію пацієнта, як правило, у нозі чи паху. Під контролем рентгеноскопії, яка використовує рентгенівські промені, щоб одночасно зображення кровоносних судин, потім хірург вручну повертає дріт у пошкоджені кровоносні судини головного мозку. Потім катетер можна провести вздовж дроту, щоб доставити препарат або пристрій для вилучення згустку в уражену ділянку.
Процедура може бути фізично складною, сказав Кім, і вимагає від хірургів спеціальної підготовки, щоб витримувати повторне опромінення під час рентгеноскопії.
«Це дуже вимогливий навик, і просто не вистачає хірургів, щоб обслуговувати пацієнтів, особливо в передмісті або в сільській місцевості», - сказав Кім.
Медичні провідники, які використовуються в таких процедурах, є пасивними, тобто ними потрібно керувати вручну. Вони часто виготовлені з серцевини з металевого сплаву та покриті полімером, який, за словами Кім, може створити тертя та пошкодити слизову оболонку кровоносних судин. Тимчасово застрягли в особливо тісний простір.
Команда зрозуміла, що розробки в їхній лабораторії можуть допомогти покращити такі ендоваскулярні процедури, як у дизайні провідників, так і в зменшенні впливу будь-якого радіаційного опромінення на лікарів.
За останні кілька років команда накопичила досвід у гідрогелях (біосумісних матеріалах, які здебільшого складаються з води) і 3D-друкі магнітоактивних матеріалів, які можуть бути розроблені для повзання, стрибків і навіть лову м’яча, просто дотримуючись напрямку руху. магніт.
У новій статті дослідники об’єднали свою роботу над гідрогелями та магнітною активацією, щоб створити роботизовану дріт із магнітним керуванням, покриту гідрогелем, або провідник, який вони змогли зробити достатньо тонким, щоб магнітно направляти кровоносні судини через силіконові копії мозку в натуральну величину. .
Серцевина роботизованого дроту виготовлена ​​з нікель-титанового сплаву, або «нітінолу», матеріалу, який одночасно згинається та еластичний. На відміну від вішалок, які зберігають свою форму під час згинання, нітиноловий дріт повертається до своєї початкової форми, надаючи їй більше гнучкість під час обмотування тугих, звивистих кровоносних судин. Команда покрила серцевину дроту гумовою пастою або чорнилом і вставила в нього магнітні частинки.
Нарешті, вони використали хімічний процес, який вони раніше розробили, щоб покрити та скріпити магнітне покриття гідрогелем — матеріалом, який не впливає на реакцію магнітних частинок, що лежить під ним, і водночас забезпечує гладку біосумісну поверхню без тертя.
Вони продемонстрували точність і активацію роботизованого дроту, використовуючи великий магніт (схожий на лялькову мотузку), щоб провести дріт через смугу перешкод у вигляді невеликої петлі, що нагадує дріт, що проходить через вушко голки.
Дослідники також випробували дріт у силіконовій копії основних кровоносних судин мозку в натуральну величину, включаючи тромби та аневризми, які імітували КТ мозку реального пацієнта. Команда наповнила силіконовий контейнер рідиною, яка імітує в’язкість крові , а потім вручну маніпулював великими магнітами навколо моделі, щоб направляти робота через звивисту, вузьку доріжку контейнера.
Кім каже, що роботизовані нитки можна функціоналізувати, а це означає, що їх можна додати, наприклад, доставляти ліки, які зменшують утворення тромбів, або розбивати закупорки за допомогою лазерів. Щоб продемонструвати останнє, команда замінила нітинолові серцевини ниток оптичними волокнами та виявила, що вони могли магнітно керувати роботом і активувати лазер, коли він досягнув цільової області.
Коли дослідники порівняли роботизований дріт із покриттям із гідрогелю та дріт без покриття, вони виявили, що гідрогель надає дроту вкрай необхідну слизьку перевагу, дозволяючи йому ковзати через вузькі простори, не застрягаючи. Під час ендоваскулярних процедур ця властивість буде ключовою для запобігання тертя та пошкодження внутрішньої оболонки судини під час проходження нитки.
«Одним із завдань хірургії є можливість проходити складні кровоносні судини в мозку, діаметр яких настільки малий, що комерційні катетери не можуть дістатися», — сказав Кьюджін Чо, професор машинобудування Сеульського національного університету.«Це дослідження показує, як подолати цю проблему.потенціал і можливість хірургічних процедур у мозку без відкритої операції».
Як ця нова роботизована нитка захищає хірургів від радіації? Магнітно керований провідник позбавляє хірургів необхідності просовувати дріт у кровоносну судину пацієнта, сказав Кім. Це означає, що лікарю також не потрібно бути близько до пацієнта та , що більш важливо, флюороскоп, який створює випромінювання.
У найближчому майбутньому він передбачає ендоваскулярну хірургію з використанням існуючих магнітних технологій, таких як пари великих магнітів, що дозволить лікарям перебувати за межами операційної, подалі від флюороскопів, які знімають мозок пацієнтів, або навіть у зовсім інших місцях.
«Існуючі платформи можуть застосовувати магнітне поле до пацієнта та одночасно виконувати флюорографію, а лікар може керувати магнітним полем за допомогою джойстика в іншій кімнаті або навіть в іншому місті», — сказав Кім. «Ми сподіваємося, що використовувати існуючу технологію на наступному кроці, щоб перевірити нашу роботизовану нитку in vivo».
Фінансування дослідження частково надійшло від Управління військово-морських досліджень, Солдатського нанотехнологічного інституту Массачусетського технологічного інституту та Національного наукового фонду (NSF).
Репортер Motherboard Беккі Феррейра пише, що дослідники Массачусетського технологічного інституту розробили роботизовану нитку, яку можна використовувати для лікування неврологічних тромбів або інсультів. Роботи можуть бути обладнані ліками або лазерами, які «можуть бути доставлені в проблемні ділянки мозку.Цей тип мінімально інвазивної технології також може допомогти пом’якшити пошкодження від неврологічних невідкладних станів, таких як інсульт».
Дослідники Массачусетського технологічного інституту створили нову нитку магнетронної робототехніки, яка може петляти крізь мозок людини, пише репортер Смітсонівського інституту Джейсон Дейлі.
Репортер TechCrunch Даррелл Етерінгтон пише, що дослідники MI розробили нову роботизовану нитку, яку можна використовувати, щоб зробити операції на мозку менш інвазивними. Етерінгтон пояснив, що нова роботизована нитка може «зробити легшим і доступнішим лікування цереброваскулярних проблем, таких як блокади та ураження, які можуть призвести до аневризм та інсультів».
Дослідники Массачусетського технологічного інституту розробили нового робота-черв’яка з магнітним керуванням, який одного разу може допомогти зробити хірургію мозку менш інвазивною, повідомляє Кріс Стокер-Вокер із New Scientist. Під час тестування на кремнієвій моделі людського мозку «робот може звиватися через важкодоступні... досягти кровоносних судин».
Репортер Gizmodo Ендрю Лішевскі пише, що новий ниткоподібний робот, розроблений дослідниками Массачусетського технологічного інституту, може бути використаний для швидкого очищення закупорок і тромбів, які спричиняють інсульт. Роботи можуть не лише робити операції після інсульту швидшими та швидшими, але й зменшити вплив радіації. які часто доводиться терпіти хірургам», – пояснив Лішевський.