Οι εικόνες που είναι διαθέσιμες για λήψη στον ιστότοπο του Γραφείου Τύπου του MIT παρέχονται σε μη εμπορικές οντότητες, τον Τύπο και το κοινό υπό την άδεια Creative Commons Attribution Non-Commercial Non-Derivative. Δεν πρέπει να τροποποιήσετε τις παρεχόμενες εικόνες, αλλά μόνο να τις περικόψετε στο κατάλληλο μέγεθος. Η πίστωση πρέπει να χρησιμοποιείται κατά την αντιγραφή εικόνων.Εάν δεν παρέχεται παρακάτω, πιστώστε "MIT" για τις εικόνες.
Οι μηχανικοί του MIT έχουν αναπτύξει ένα μαγνητικά κατευθυνόμενο ρομπότ που μοιάζει με σύρμα που μπορεί να γλιστρήσει ενεργά μέσα από στενά μονοπάτια με στροφές, όπως το λαβυρινθιώδες αγγείο του εγκεφάλου.
Στο μέλλον, αυτό το ρομποτικό νήμα μπορεί να συνδυαστεί με την υπάρχουσα ενδαγγειακή τεχνολογία, επιτρέποντας στους γιατρούς να καθοδηγούν εξ αποστάσεως ένα ρομπότ μέσα από τα αιμοφόρα αγγεία του εγκεφάλου ενός ασθενούς για να θεραπεύσουν γρήγορα μπλοκαρίσματα και βλάβες, όπως αυτά που συμβαίνουν σε ανευρύσματα και εγκεφαλικά.
«Το εγκεφαλικό είναι η πέμπτη κύρια αιτία θανάτου και η κύρια αιτία αναπηρίας στις Ηνωμένες Πολιτείες.Εάν τα οξέα εγκεφαλικά μπορούν να αντιμετωπιστούν στα πρώτα 90 λεπτά περίπου, η επιβίωση του ασθενούς μπορεί να βελτιωθεί σημαντικά», λέει η MIT Mechanical Engineering και ο Zhao Xuanhe, αναπληρωτής καθηγητής Πολιτικής και Περιβαλλοντικής Μηχανικής. απόφραξη κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου «prime time», θα μπορούσαμε δυνητικά να αποφύγουμε μόνιμη εγκεφαλική βλάβη.Αυτή είναι η ελπίδα μας.”
Ο Zhao και η ομάδα του, συμπεριλαμβανομένου του επικεφαλής συγγραφέα Yoonho Kim, μεταπτυχιακού φοιτητή στο Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών του MIT, περιγράφουν το σχέδιο του μαλακού ρομπότ τους σήμερα στο περιοδικό Science Robotics. Άλλοι συν-συγγραφείς της εργασίας είναι ο μεταπτυχιακός φοιτητής του MIT German Alberto Parada και ο επισκέπτης φοιτητής Shengduo Liu.
Για να αφαιρέσουν θρόμβους αίματος από τον εγκέφαλο, οι γιατροί συνήθως εκτελούν ενδαγγειακή χειρουργική, μια ελάχιστα επεμβατική διαδικασία κατά την οποία ο χειρουργός εισάγει ένα λεπτό νήμα μέσω της κύριας αρτηρίας του ασθενούς, συνήθως στο πόδι ή τη βουβωνική χώρα. Υπό ακτινοσκοπική καθοδήγηση, η οποία χρησιμοποιεί ακτίνες Χ για ταυτόχρονα απεικονίσει τα αιμοφόρα αγγεία, ο χειρουργός στη συνέχεια περιστρέφει χειροκίνητα το καλώδιο προς τα πάνω στα κατεστραμμένα αιμοφόρα αγγεία του εγκεφάλου. Ο καθετήρας μπορεί στη συνέχεια να περάσει κατά μήκος του σύρματος για να παραδώσει το φάρμακο ή τη συσκευή ανάκτησης θρόμβου στην πληγείσα περιοχή.
Η διαδικασία μπορεί να είναι σωματικά απαιτητική, είπε ο Kim, και απαιτεί από τους χειρουργούς να είναι ειδικά εκπαιδευμένοι για να αντέχουν την επανειλημμένη έκθεση στην ακτινοβολία της ακτινοσκόπησης.
«Είναι μια πολύ απαιτητική δεξιότητα και απλά δεν υπάρχουν αρκετοί χειρουργοί για να εξυπηρετήσουν ασθενείς, ειδικά σε προαστιακές ή αγροτικές περιοχές», είπε ο Kim.
Τα ιατρικά σύρματα οδηγών που χρησιμοποιούνται σε τέτοιες διαδικασίες είναι παθητικά, που σημαίνει ότι πρέπει να χειρίζονται χειροκίνητα και συχνά είναι κατασκευασμένα από πυρήνα μεταλλικού κράματος και επικαλυμμένα με πολυμερές, το οποίο ο Kim λέει ότι μπορεί να δημιουργήσει τριβή και να βλάψει την επένδυση των αιμοφόρων αγγείων. Προσωρινά κολλημένο σε στενός χώρος.
Η ομάδα συνειδητοποίησε ότι οι εξελίξεις στο εργαστήριό τους θα μπορούσαν να βοηθήσουν στη βελτίωση τέτοιων ενδαγγειακών διαδικασιών, τόσο στο σχεδιασμό των οδηγών συρμάτων όσο και στη μείωση της έκθεσης των γιατρών σε οποιαδήποτε σχετική ακτινοβολία.
Τα τελευταία χρόνια, η ομάδα έχει αποκτήσει τεχνογνωσία σε υδρογέλες (βιοσυμβατά υλικά κυρίως από νερό) και τρισδιάστατη εκτύπωση υλικών που ενεργοποιούνται με μαγνήτη που μπορούν να σχεδιαστούν για να σέρνουν, να πηδούν ακόμα και να πιάνουν μια μπάλα, απλά ακολουθώντας την κατεύθυνση του μαγνήτης.
Στη νέα εργασία, οι ερευνητές συνδύασαν την εργασία τους για τις υδρογέλες και τη μαγνητική ενεργοποίηση για να δημιουργήσουν ένα μαγνητικά κατευθυνόμενο, επικαλυμμένο με υδρογέλη, ρομποτικό σύρμα ή σύρμα οδηγού, το οποίο κατάφεραν να κατασκευαστούν αρκετά λεπτό ώστε να καθοδηγούν μαγνητικά τα αιμοφόρα αγγεία μέσα από εγκεφάλους αντιγράφων σιλικόνης σε φυσικό μέγεθος. .
Ο πυρήνας του ρομποτικού σύρματος είναι κατασκευασμένος από κράμα νικελίου-τιτανίου ή «νιτινόλη», ένα υλικό που είναι ταυτόχρονα εύκαμπτο και ελαστικό. Σε αντίθεση με τις κρεμάστρες, οι οποίες διατηρούν το σχήμα τους όταν λυγίζουν, το σύρμα νιτινόλης επιστρέφει στο αρχικό του σχήμα, δίνοντάς του περισσότερο ευελιξία όταν τυλίγετε σφιχτά, ελικοειδή αιμοφόρα αγγεία. Η ομάδα επικάλυψε τον πυρήνα του σύρματος με πάστα από καουτσούκ ή μελάνι και ενσωμάτωσε μαγνητικά σωματίδια σε αυτό.
Τέλος, χρησιμοποίησαν μια χημική διαδικασία που είχαν αναπτύξει προηγουμένως για την επίστρωση και τη συγκόλληση της μαγνητικής επικάλυψης με μια υδρογέλη - ένα υλικό που δεν επηρεάζει την απόκριση των υποκείμενων μαγνητικών σωματιδίων, ενώ εξακολουθεί να παρέχει μια λεία, χωρίς τριβές, βιοσυμβατή επιφάνεια.
Έδειξαν την ακρίβεια και την ενεργοποίηση του ρομποτικού σύρματος χρησιμοποιώντας ένα μεγάλο μαγνήτη (σαν σχοινί μαριονέτας) για να καθοδηγήσει το σύρμα μέσα από την τροχιά εμποδίου ενός μικρού βρόχου, που θυμίζει σύρμα που διέρχεται από το μάτι μιας βελόνας.
Οι ερευνητές εξέτασαν επίσης το σύρμα σε ένα αντίγραφο σιλικόνης σε πραγματικό μέγεθος των κύριων αιμοφόρων αγγείων του εγκεφάλου, συμπεριλαμβανομένων θρόμβων και ανευρυσμάτων, που μιμούνταν αξονικές τομογραφίες του εγκεφάλου ενός πραγματικού ασθενούς. Η ομάδα γέμισε ένα δοχείο σιλικόνης με ένα υγρό που μιμείται το ιξώδες του αίματος , στη συνέχεια χειρίστηκε με το χέρι μεγάλους μαγνήτες γύρω από το μοντέλο για να καθοδηγήσει το ρομπότ μέσα από τη στενή διαδρομή του κοντέινερ.
Τα ρομποτικά νήματα μπορούν να λειτουργήσουν, λέει ο Kim, πράγμα που σημαίνει ότι μπορεί να προστεθεί λειτουργικότητα—για παράδειγμα, παροχή φαρμάκων που μειώνουν τους θρόμβους αίματος ή σπάζοντας τα μπλοκαρίσματα με λέιζερ. Για να αποδείξει το τελευταίο, η ομάδα αντικατέστησε τους πυρήνες νιτινόλης των νημάτων με οπτικές ίνες και διαπίστωσε ότι θα μπορούσαν να καθοδηγήσουν μαγνητικά το ρομπότ και να ενεργοποιήσουν το λέιζερ μόλις φτάσει στην περιοχή στόχο.
Όταν οι ερευνητές συνέκριναν το ρομποτικό σύρμα με επίστρωση υδρογέλης με το μη επικαλυμμένο ρομποτικό σύρμα, διαπίστωσαν ότι η υδρογέλη παρείχε στο σύρμα ένα απαραίτητο πλεονέκτημα ολισθηρότητας, επιτρέποντάς του να γλιστρήσει σε πιο στενούς χώρους χωρίς να κολλήσει. Αυτή η ιδιότητα θα είναι το κλειδί για την αποφυγή τριβής και ζημιάς στην επένδυση του δοχείου καθώς περνάει το νήμα.
«Μια πρόκληση στη χειρουργική είναι να μπορέσουμε να διασχίσουμε τα πολύπλοκα αιμοφόρα αγγεία του εγκεφάλου που είναι τόσο μικρά σε διάμετρο που δεν μπορούν να φτάσουν οι εμπορικοί καθετήρες», δήλωσε ο Kyujin Cho, καθηγητής μηχανολογίας στο Εθνικό Πανεπιστήμιο της Σεούλ.«Αυτή η μελέτη δείχνει πώς να ξεπεραστεί αυτή η πρόκληση.δυνατότητες και να επιτρέψουν χειρουργικές επεμβάσεις στον εγκέφαλο χωρίς ανοιχτή χειρουργική επέμβαση.»
Πώς αυτό το νέο ρομποτικό νήμα προστατεύει τους χειρουργούς από την ακτινοβολία; Το μαγνητικά κατευθυνόμενο σύρμα καθοδήγησης εξαλείφει την ανάγκη για χειρουργούς να σπρώχνουν το σύρμα στο αιμοφόρο αγγείο του ασθενούς, είπε ο Kim. Αυτό σημαίνει ότι ο γιατρός επίσης δεν χρειάζεται να βρίσκεται κοντά στον ασθενή και , το πιο σημαντικό, το ακτινοσκόπιο που παράγει την ακτινοβολία.
Στο εγγύς μέλλον, οραματίζεται την ενδαγγειακή χειρουργική που ενσωματώνει την υπάρχουσα μαγνητική τεχνολογία, όπως ζεύγη μεγάλων μαγνητών, επιτρέποντας στους γιατρούς να βρίσκονται έξω από το χειρουργείο, μακριά από ακτινοσκόπια που απεικονίζουν τον εγκέφαλο των ασθενών ή ακόμα και σε εντελώς διαφορετικές τοποθεσίες.
«Οι υπάρχουσες πλατφόρμες μπορούν να εφαρμόσουν μαγνητικό πεδίο σε έναν ασθενή και να κάνουν ακτινοσκόπηση ταυτόχρονα, και ο γιατρός μπορεί να ελέγξει το μαγνητικό πεδίο με ένα joystick σε άλλο δωμάτιο ή ακόμα και σε διαφορετική πόλη», είπε ο Kim. χρησιμοποιήστε την υπάρχουσα τεχνολογία στο επόμενο βήμα για να δοκιμάσετε το ρομποτικό μας νήμα in vivo."
Η χρηματοδότηση της έρευνας προήλθε εν μέρει από το Γραφείο Ναυτικής Έρευνας, το Ινστιτούτο Νανοτεχνολογίας Στρατιωτών του MIT και το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών (NSF).
Η δημοσιογράφος της μητρικής πλακέτας Becky Ferreira γράφει ότι οι ερευνητές του MIT έχουν αναπτύξει ένα ρομποτικό νήμα που θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τη θεραπεία νευρολογικών θρόμβων αίματος ή εγκεφαλικών επεισοδίων. Τα ρομπότ θα μπορούσαν να εξοπλιστούν με φάρμακα ή λέιζερ που «θα μπορούσαν να παραδοθούν σε προβληματικές περιοχές του εγκεφάλου.Αυτός ο τύπος ελάχιστα επεμβατικής τεχνολογίας μπορεί επίσης να βοηθήσει στον μετριασμό των βλαβών από νευρολογικές καταστάσεις έκτακτης ανάγκης όπως τα εγκεφαλικά επεισόδια».
Οι ερευνητές του MIT δημιούργησαν ένα νέο νήμα ρομποτικής μαγνητρονίων που μπορεί να ελίσσεται στον ανθρώπινο εγκέφαλο, γράφει ο δημοσιογράφος της Smithsonian Jason Daley. «Στο μέλλον, θα μπορούσε να ταξιδέψει μέσω των αιμοφόρων αγγείων του εγκεφάλου για να βοηθήσει στην απομάκρυνση των μπλοκαρισμάτων», εξηγεί ο Daly.
Ο δημοσιογράφος του TechCrunch, Darrell Etherington, γράφει ότι οι ερευνητές του MI έχουν αναπτύξει ένα νέο ρομποτικό νήμα που θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να καταστήσει λιγότερο επεμβατική τη χειρουργική επέμβαση στον εγκέφαλο. βλάβες που μπορεί να οδηγήσουν σε ανευρύσματα και εγκεφαλικά επεισόδια».
Οι ερευνητές του MIT ανέπτυξαν ένα νέο μαγνητικά ελεγχόμενο ρομποτικό σκουλήκι που μια μέρα θα μπορούσε να βοηθήσει να γίνει η χειρουργική επέμβαση στον εγκέφαλο λιγότερο επεμβατική, αναφέρει ο Chris Stocker-Walker του New Scientist. φτάσει στα αιμοφόρα αγγεία».
Ο δημοσιογράφος του Gizmodo, Andrew Liszewski, γράφει ότι μια νέα ρομποτική εργασία που μοιάζει με νήματα που αναπτύχθηκε από ερευνητές του MIT θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να καθαρίσει γρήγορα τα μπλοκαρίσματα και τους θρόμβους που προκαλούν εγκεφαλικά». που οι χειρουργοί πρέπει συχνά να αντέξουν», εξήγησε ο Liszewski.