MIT mühendisleri beynin labrynthin vaskülatürü gibi dar, dolambaçlı yollarda aktif olarak kayabilen manyetik olarak yönlendirilebilen, iplik benzeri bir robot geliştirdiler.

Gelecekte, bu robotik iplik mevcut endovasküler teknolojilerle eşleştirilebilir, böylece doktorlar anevrizma ve inme gibi tıkanmaları ve lezyonları hızlı bir şekilde tedavi etmek için bir hastanın beyin damarlarında robotu uzaktan yönlendirebilirler.

“İnme, Amerika Birleşik Devletleri'nde beş numaralı ölüm nedeni ve başlıca engellilik nedenidir. Akut inme ilk 90 dakika içinde tedavi edilebilirse, hastaların sağkalım oranları önemli ölçüde artabilir ”diyor MIT'deki makine mühendisliği ve inşaat ve çevre mühendisliği doçenti Xuanhe Zhao. “Bu 'altın saatte' kan damarı tıkanıklığını tersine çevirmek için bir cihaz tasarlayabilirsek, potansiyel olarak kalıcı beyin hasarından kaçınabiliriz. Bu bizim umudumuz. ”

Zhao ve ekibi, MIT Makine Mühendisliği Bölümünde yüksek lisans öğrencisi olan baş yazar Yoonho Kim dahil yumuşak robotik tasarımlarını bugün dergide anlatıyor Bilim Robotik. Makalenin diğer yazarları MIT yüksek lisans öğrencisi German Alberto Parada ve misafir öğrenci Shengduo Liu'dur.

Sıkı bir noktada

Beyindeki kan pıhtılarını temizlemek için doktorlar genellikle bir cerrahın genellikle bacak veya kasıkta bir hastanın ana arterinden ince bir tel yerleştirdiği minimal invaziv bir cerrahi olan endovasküler bir prosedür uygular. Cerrah, aynı zamanda X-ışınlarını kullanarak kan damarlarını aynı anda görüntüleyen bir floroskop tarafından yönlendirilen cerrah, daha sonra teli manuel olarak hasarlı beyin damarına döndürür. Etkilenen bölgeye ilaç veya pıhtı alma cihazlarını vermek için tel boyunca bir kateter geçirilebilir.

Kim, prosedürün fiziksel olarak vergilendirilebileceğini ve görevde özel olarak eğitilmesi gereken cerrahların floroskopiden tekrarlanan radyasyon maruziyetine dayanmasını gerektirdiğini söyledi.

Kim, “Zorlu bir beceri ve hastalar için, özellikle banliyö veya kırsal alanlarda yeterli sayıda cerrah yok” diyor.

Bu prosedürlerde kullanılan tıbbi kılavuz teller pasiftir, yani manuel olarak manipüle edilmeleri gerekir ve tipik olarak, telin yapması durumunda Kim'in potansiyel olarak sürtünme oluşturabileceği ve damar astarlarına zarar verebileceğini söylediği bir polimerle kaplanmış metalik alaşımların bir çekirdeğinden yapılır. özellikle dar bir alanda geçici olarak sıkışmak.

Ekip, laboratuvarlarındaki gelişmelerin, hem kılavuz telin tasarımında hem de doktorların ilişkili radyasyona maruz kalmasının azaltılmasında bu tür endovasküler prosedürlerin iyileştirilmesine yardımcı olabileceğini fark etti.

Bir iğneye iplik geçirme

Son birkaç yılda, ekip her iki alanda da uzmanlık geliştirdi. hidrojeller - çoğunlukla sudan yapılmış biyouyumlu malzemeler - ve 3 boyutlu baskı manyetik olarak çalıştırılan malzemeler sadece bir mıknatısın yönünü takip ederek bir topu taramak, atlamak ve hatta yakalamak için tasarlanabilir.

Bu yeni makalede, araştırmacılar, manyetik boyutta yönlendirilebilir, hidrojel kaplı bir robotik iplik veya kılavuz tel üretmek için hidrojellerde ve manyetik harekete geçirme çalışmalarını birleştirerek, gerçek boyutlu bir silikon kopyada manyetik olarak yönlendirilecek kadar ince yapabilecekler. beynin kan damarlarının

Robotik ipliğin çekirdeği nikel-titanyum alaşımından veya hem esnek hem de yaylı bir malzeme olan “nitinolden” yapılır. Büküldüğünde şeklini koruyacak bir elbise askısının aksine, bir nitinol teli orijinal şekline geri dönerek sıkı, kıvrımlı damarlardan sarma konusunda daha fazla esneklik sağlar. Ekip, telin çekirdeğini, manyetik parçacıklar içine yerleştirdikleri kauçuksu bir macun veya mürekkeple kapladı.

Son olarak, daha önce geliştirdikleri, manyetik kaplamayı hidrojel ile kaplamak ve bağlamak için - alttaki manyetik parçacıkların tepkisini etkilemeyen ve tellere pürüzsüz, sürtünmesiz, biyouyumlu bir yüzey sağlayan bir malzeme kullandılar.

İpliği bir iğne gözünden geçen bir ipliği anımsatan küçük halkaların engel yolundan yönlendirmek için bir kukla dizeleri gibi büyük bir mıknatıs kullanarak robotik ipliğin hassasiyetini ve aktivasyonunu gösterdiler.

Araştırmacılar ayrıca ipliği, gerçek bir hastanın beyninin BT taramasından sonra modellenen beynin ana kan damarlarının, pıhtılar ve anevrizmalar da dahil olmak üzere gerçek boyutlu bir silikon kopyasında test ettiler. Ekip, silikon damarları kan viskozitesini simüle eden bir sıvı ile doldurdu, daha sonra robotu gemilerin sargılı, dar yollarından yönlendirmek için modelin etrafındaki büyük bir mıknatısı elle manipüle etti.

Kim, robotik ipliğin işlevselleştirilebileceğini, yani özelliklerin eklenebileceğini söylüyor - örneğin pıhtı azaltıcı ilaçlar vermek veya lazer ışığı ile tıkanıklıkları kırmak için. İkincisini göstermek için ekip, ipliğin nitinol çekirdeğini bir optik fiber ile değiştirdi ve robot bir hedef bölgeye ulaştığında robotu manyetik olarak yönlendirip lazeri aktive edebileceklerini keşfetti.

Araştırmacılar, hidrojel ile kaplanmamış robotik iplik arasında karşılaştırmalar yaptığında, hidrojelin ipliğe çok ihtiyaç duyulan, kaygan bir avantaj sağladığını ve sıkışmadan daha sıkı alanlarda kaymasına izin verdiğini keşfettiler. Bir endovasküler cerrahide, bu özellik iplik ilerledikçe damar kaplamalarında sürtünmeyi ve yaralanmayı önlemek için anahtar olacaktır.

Seul Ulusal Üniversitesi'nde makine mühendisliği profesörü Kyujin Cho, "Ameliyattaki zorluklardan biri, çok küçük çaplı, ticari kateterlerin ulaşamadığı karmaşık beynin karmaşık kan damarlarından geçebilmektir" diyor. . “Bu araştırma, bu zorluğun üstesinden gelme ve açık cerrahi olmadan beyindeki cerrahi prosedürleri mümkün kılma potansiyeline sahip.”

Ve bu yeni robotik iplik cerrahları radyasyondan nasıl uzak tutabilir? Kim, manyetik olarak yönlendirilebilen bir kılavuz telin, cerrahların bir hastanın kan damarlarından bir teli fiziksel olarak itmesi gereğini ortadan kaldırdığını söylüyor. Bu, doktorların ayrıca bir hastaya ve daha da önemlisi radyasyon üreten floroskopa yakın olması gerekmeyeceği anlamına gelir.

Yakın gelecekte, doktorların yönleri ameliyat odasının hemen dışından, hastanın beynini görüntüleyen floroskoptan veya hatta tamamen manipüle edebilen büyük mıknatıs çiftleri gibi mevcut manyetik teknolojileri içeren endovasküler ameliyatları öngörüyor. farklı konum.

Kim, “Mevcut platformlar manyetik alanı uygulayabilir ve aynı anda floroskopi prosedürünü hastaya yapabilir ve doktor manyetik alanı bir joystick ile kontrol ederek diğer odada, hatta farklı bir şehirde olabilir” diyor. "Umudumuz, robotik ipliğimizi bir sonraki adımda in vivo test etmek için mevcut teknolojileri kullanmaktır."

Bu res
araştırma kısmen Deniz Araştırmaları Ofisi, MIT Asker Nanoteknolojileri Enstitüsü ve Ulusal Bilim Vakfı (NSF) tarafından finanse edildi.