Робототехнические нить предназначена для скользить через кровеносные сосуды мозга

Инженеры Массачусетского технологического института разработали магнитно управляемый, поток-как робот, который может активно скользить через узкие, извилистые тропинки, таких как labrynthine сосудов головного мозга.

В будущем, этот робот-нить может быть сопряжена с существующими эндоваскулярных технологий, что позволяет врачам дистанционно проведите робота через сосуды мозга пациента, чтобы быстро обработать засоры и повреждения, такие как те, которые возникают аневризмы и инсульта.

«Инсульт является число пять причиной смерти и ведущей причиной инвалидности в Соединенных Штатах. При острых приступах могут быть обработаны в течение первых 90 минут или около того, выживаемость пациентов может значительно увеличиться», — говорит Xuanhe Чжао, доцент машиностроения и гражданской и экологической инженерии Массачусетского технологического института. «Если мы могли бы спроектировать устройство для обратного кровеносных сосудов закупорки в этой ‘золотой час’ мы могли бы избежать постоянного повреждения мозга. Вот наша надежда».

Чжао и его команды, включая ведущего автора Yoonho Ким, аспирант кафедры Массачусетского технологического института машиностроения, описать их мягких роботов дизайн в журнале Science робототехники. Бумаги и другие соавторы студент МТИ выпускник немецкого Альберто парада и посещения студентом Shengduo Лю.

В узком месте

Очистить сгустки крови в головном мозге, врачи часто выполняют эндоваскулярную процедуру, минимально инвазивной хирургии, при которой хирург вводит тонкую проволоку через главного пациента артерии, обычно в ногу или пах. Руководствуясь флюороскопа, что одновременно изображений кровеносных сосудов с использованием рентгеновских лучей, хирург вручную вращает проволоку в поврежденных сосудах мозга. Затем катетер можно продеть нитку вдоль провода, чтобы доставить наркотики или тромб-извлечения устройств в пострадавшем регионе.

Ким говорит, что процедура может быть физически тяжело, требующих хирурги, которые должны быть специально обучены задач, чтобы выдержать многократное воздействие излучения от флюорографии.

«Это требует навыка, и там просто не хватает хирургов для пациентов, особенно в пригородных или сельских районах», — говорит Ким.

Медицинский проводников используется в таких процедурах являются пассивными, то есть они должны быть манипулировать вручную, и, как правило, сделаны из основных металлических сплавов, покрыты полимерным материалом, что Ким говорит, что может вызвать трения и повреждению сосуда футеровки, если провода были застрять в особо стесненных условиях.

Команда поняла, что события в их лаборатории может помочь улучшить такие эндоваскулярных процедур, как в конструкции проволочного проводника и в снижении воздействия врачей на любые связанные с радиацией.

Продеть нитку в иголку

За последние несколько лет, команда имеет опыт в обоих гидрогелей — биосовместимые материалы, изготовленные в основном из воды, и 3-D-печати магнитно приводимый в действие материалов, которое может быть разработано, чтобы ползать, прыгать, и даже поймать мяч, просто следуя в направлении Магнита.

В этой новой работе исследователи объединили свои работы в гидрогелей и магнитного возбуждения, чтобы произвести магнитно управляемый, гидрогель покрытием роботов-нить, или проводник, который им удалось сделать достаточно тонким, чтобы магнитно проводником в натуральную величину силиконовые реплики сосудов головного мозга.

Ядро робота-нить изготавливается из никель-титанового сплава, или «нитинола» материал, который является одновременно прогибается и пружинит. В отличие от вешалка для одежды, которая будет сохранять свою форму при сгибании, а нитинол провода вернется к своей первоначальной форме, дает им больше гибкости в обмотка через узкие, извилистые сосуды. Команда покрытием сердечника провода в резиновой пасты или чернил, который они встроены по всей магнитными частицами.

Наконец, они использовали химический процесс, ранее они разработаны, чтобы покрыть и облигаций магнитное покрытие гидрогель — материал, который не влияет на быстроту реакции глубинных магнитных частиц и обеспечивает проволоки с гладкой, без трения, биосовместимые поверхности.

Они демонстрировали точность и активации робота потока с помощью большого магнита, так же, как нити марионетки, чтобы направить поток через полосу препятствий из мелких колец, напоминающая нить в игольное ушко.

Исследователи также протестировали нить в натуральную величину силиконовые реплики из крупных сосудов головного мозга, в том числе тромбов и аневризм, смоделированный после КТ фактического больного мозга. Команда наполнила силиконовые сосуды с жидкостью, имитирующей вязкость крови, потом вручную манипулировать большого магнита вокруг модели, чтобы направить робот по сосудам’ извилистые, узкие тропинки.

Говорит Ким робота-нить может быть функционализирован, это означает, что функции могут быть добавлены, например, для доставки сгустка крови-снижение наркотиков или разбить завалы с лазерным лучом. Чтобы продемонстрировать второй, команда заменила нитиноловый сердечник потока с помощью оптического волокна и обнаружили, что они могут магнитно рулить роботом и активировать лазер, когда робот достиг целевой области.

Когда исследователи побежал сравнения между роботизированной нить с покрытием без покрытия по сравнению с гидрогеля, они обнаружили, что гидрогель дал нить, столь необходимую, скользкое преимущество, что позволяет ему скользить по более ограниченных пространствах, не застревать. В эндоваскулярной хирургии, это свойство будет иметь ключевое значение для предотвращения трения и травмирования футеровки сосуда как нить работает свой путь через.

И так как эта новая роботизированная нить держать хирурги излучением? Говорит Ким, что магнитно управляемый проводник устраняет необходимость хирургов физически протолкнуть провод через пациента кровеносных сосудов. Это означает, что врачи не должны быть в непосредственной близости от пациента, и что еще более важно, генерирующие излучение флюороскопа.

В ближайшем будущем, он предусматривает эндоваскулярные методы лечения, которые включают существующие магнитные технологий, таких как пар большие магниты, направления которых врачи могут манипулировать из-за пределов операционного зала, подальше от флюороскоп воображения больного мозга, или даже в совершенно другом месте.

«Существующие платформы может применяться магнитное поле и делать процедуру флюорографии в то же время пациент, и врач может быть в другой комнате или даже в другом городе, контролировать магнитное поле с джойстиком,» Ким говорит. «Мы надеемся, чтобы использовать существующие технологии, чтобы проверить наши робототехнические нить в естественных условиях на следующем шаге».

Это исследование было фондировано, в части, Управлением военно-морских исследований, Института МИТ для солдата нанотехнологий, и Национальный научный фонд (ННФ).

Видео: https://www.youtube.com/watch?time_continue=2&v=INSyV4dgqu8