Bilder som är tillgängliga för nedladdning på MIT Press Offices webbplats tillhandahålls till icke-kommersiella enheter, pressen och allmänheten under en Creative Commons Attribution Non-Commercial Non-Derivative License. Du får inte ändra de tillhandahållna bilderna, bara beskära dem till lämplig storlek. Kredit måste användas vid kopiering av bilder;om det inte anges nedan, kreditera "MIT" för bilder.
MIT-ingenjörer har utvecklat en magnetiskt styrbar trådliknande robot som aktivt kan glida genom smala, slingrande banor, såsom hjärnans labyrintiska kärl.
I framtiden kan denna robottråd kombineras med befintlig endovaskulär teknologi, vilket gör det möjligt för läkare att fjärrstyra en robot genom en patients hjärnans blodkärl för att snabbt behandla blockeringar och lesioner, som de som uppstår vid aneurysm och stroke.
"Stroke är den femte vanligaste dödsorsaken och den vanligaste orsaken till funktionshinder i USA.Om akuta stroke kan behandlas under de första 90 minuterna eller så, kan patientens överlevnad förbättras avsevärt”, säger MIT Mechanical Engineering och Zhao Xuanhe, docent i civil- och miljöteknik, sa.” Om vi ​​kan designa en anordning för att vända vaskulär blockering under denna "prime time"-period kan vi potentiellt undvika permanenta hjärnskador.Det är vårt hopp."
Zhao och hans team, inklusive huvudförfattaren Yoonho Kim, en doktorand vid MIT:s avdelning för maskinteknik, beskriver sin mjuka robotdesign idag i tidskriften Science Robotics. Andra medförfattare till artikeln är MIT doktorand tyska Alberto Parada och gäststudent Shengduo Liu.
För att ta bort blodproppar från hjärnan utför läkare vanligtvis endovaskulär kirurgi, en minimalt invasiv procedur där kirurgen för in en tunn tråd genom en patients huvudartär, vanligtvis i benet eller ljumsken. Under fluoroskopisk vägledning, som använder röntgenstrålar för att samtidigt avbilda blodkärlen, kirurgen roterar sedan manuellt tråden upp i de skadade hjärnans blodkärl. Katetern kan sedan föras längs tråden för att leverera läkemedlet eller koagelhämtningsanordningen till det drabbade området.
Proceduren kan vara fysiskt krävande, sa Kim, och kräver att kirurger är speciellt utbildade för att motstå den upprepade strålningsexponeringen av fluoroskopi.
"Det är en mycket krävande färdighet, och det finns helt enkelt inte tillräckligt med kirurger för att betjäna patienter, särskilt i förorts- eller landsbygdsområden," sa Kim.
Medicinska styrtrådar som används i sådana procedurer är passiva, vilket innebär att de måste manipuleras manuellt, och är ofta gjorda av en metallegeringskärna och belagda med en polymer, vilket Kim säger kan skapa friktion och skada slemhinnan i blodkärlen. Fastnar tillfälligt i en särskilt trångt utrymme.
Teamet insåg att utvecklingen i deras labb kunde hjälpa till att förbättra sådana endovaskulära procedurer, både i utformningen av styrtrådar och för att minska läkarnas exponering för all associerad strålning.
Under de senaste åren har teamet byggt upp expertis inom hydrogeler (biokompatibla material mestadels gjorda av vatten) och 3D-utskrift magnetoaktiverade material som kan designas för att krypa, hoppa och till och med fånga en boll, bara genom att följa riktningen för magnet.
I den nya artikeln kombinerade forskarna sitt arbete med hydrogeler och magnetisk aktivering för att producera en magnetiskt styrbar, hydrogelbelagd robottråd, eller styrtråd, som de kunde göra tillräckligt tunn för att magnetiskt styra blodkärl genom hjärnor av silikonkopior i naturlig storlek .
Kärnan i robottråden är gjord av nickel-titanium-legering, eller "nitinol", ett material som är både böjbart och elastiskt. Till skillnad från galgar, som behåller sin form när de böjs, återgår nitinol-tråden till sin ursprungliga form, vilket ger den mer flexibilitet när man lindar täta, slingrande blodkärl. Teamet belade kärnan av tråden med gummipasta eller bläck och inbäddade magnetiska partiklar i den.
Slutligen använde de en kemisk process som de tidigare hade utvecklat för att belägga och binda det magnetiska överlägget med en hydrogel - ett material som inte påverkar reaktionsförmågan hos de underliggande magnetiska partiklarna, samtidigt som de ger en jämn, friktionsfri, biokompatibel yta.
De demonstrerade precisionen och aktiveringen av robottråd genom att använda en stor magnet (ungefär som ett marionettrep) för att styra tråden genom hinderbanan i en liten slinga, som påminner om en tråd som passerar genom ett nålsöga.
Forskarna testade också tråden i en silikonkopia i naturlig storlek av hjärnans stora blodkärl, inklusive proppar och aneurysm, som efterliknade CT-skanningar av en faktisk patients hjärna. Teamet fyllde en silikonbehållare med en vätska som efterliknar blodets viskositet manipulerade sedan manuellt stora magneter runt modellen för att styra roboten genom containerns slingrande, smala bana.
Robottrådar kan funktionaliseras, säger Kim, vilket innebär att funktionalitet kan läggas till - till exempel att leverera läkemedel som minskar blodproppar eller bryta blockeringar med laser. För att demonstrera det senare ersatte teamet trådarnas nitinolkärnor med optiska fibrer och fann att de kunde magnetiskt styra roboten och aktivera lasern när den nådde målområdet.
När forskarna jämförde den hydrogelbelagda robottråden med den obelagda robottråden, fann de att hydrogelen gav tråden en välbehövlig hala fördel, så att den kunde glida genom trångare utrymmen utan att den inte fastnar. Vid endovaskulära procedurer, denna egenskap kommer att vara nyckeln till att förhindra friktion och skador på kärlets foder när gängan passeras.
"En utmaning inom kirurgi är att kunna korsa de komplexa blodkärlen i hjärnan som är så små i diameter att kommersiella katetrar inte kan nå", säger Kyujin Cho, professor i maskinteknik vid Seoul National University."Denna studie visar hur man kan övervinna denna utmaning.potential och möjliggör kirurgiska ingrepp i hjärnan utan öppen kirurgi."
Hur skyddar den här nya robottråden kirurger från strålning? Den magnetiskt styrbara styrtråden eliminerar behovet för kirurger att trycka in tråden i en patients blodkärl, sa Kim. Det betyder att läkaren inte heller behöver vara nära patienten och , ännu viktigare, fluoroskopet som producerar strålningen.
Inom en snar framtid ser han för sig att endovaskulär kirurgi införlivar befintlig magnetisk teknologi, som par stora magneter, som gör det möjligt för läkare att vara utanför operationssalen, borta från fluoroskop som avbildar patienters hjärnor, eller till och med på helt andra platser.
"Befintliga plattformar kan applicera ett magnetfält på en patient och utföra en fluoroskopi samtidigt, och läkaren kan kontrollera magnetfältet med en joystick i ett annat rum, eller till och med i en annan stad," sa Kim. använd befintlig teknik i nästa steg för att testa vår robottråd in vivo."
Finansieringen av forskningen kom delvis från Office of Naval Research, MIT:s Soldier Nanotechnology Institute och National Science Foundation (NSF).
Moderkortsreportern Becky Ferreira skriver att MIT-forskare har utvecklat en robottråd som kan användas för att behandla neurologiska blodproppar eller stroke.Robotar kan utrustas med droger eller lasrar som "kan levereras till problemområden i hjärnan.Denna typ av minimalt invasiv teknik kan också hjälpa till att lindra skador från neurologiska nödsituationer som stroke."
MIT-forskare har skapat en ny tråd av magnetronrobotik som kan slingra sig genom den mänskliga hjärnan, skriver Smithsonian-reportern Jason Daley. "I framtiden kan den resa genom blodkärl i hjärnan för att hjälpa till att rensa blockeringar", förklarar Daly.
TechCrunch-reportern Darrell Etherington skriver att MI-forskare har utvecklat en ny robottråd som kan användas för att göra hjärnkirurgi mindre invasiv. Etherington förklarade att den nya robottråden kan "kan göra det lättare och mer tillgängligt att behandla cerebrovaskulära problem, såsom blockeringar och lesioner som kan leda till aneurysm och stroke."
MIT-forskare har utvecklat en ny magnetiskt kontrollerad robotmask som en dag kan hjälpa till att göra hjärnkirurgi mindre invasiv, rapporterar Chris Stocker-Walker från New Scientist. När den testades på en kiselmodell av den mänskliga hjärnan, "kan roboten slingra sig igenom svåra-att- nå blodkärlen."
Gizmodo-reportern Andrew Liszewski skriver att ett nytt trådliknande robotarbete utvecklat av MIT-forskare skulle kunna användas för att snabbt ta bort blockeringar och proppar som orsakar stroke.” Robotar kunde inte bara göra operationer efter stroke snabbare och snabbare, utan också minska strålningsexponeringen som kirurger ofta får utstå”, förklarade Liszewski.