《机器人线程设计用于穿过大脑的血管》

  • 编译服务:生物安全网络监测与评估
  • 报告人: yanyf@mail.las.ac.cn
  • 发布时间:2019-08-30
  • 麻省理工学院的工程师开发了一种磁性可操纵的螺纹状机器人,可以通过狭窄的蜿蜒路径(例如大脑的labrynthine脉管系统)主动滑行。

    在未来,这种机器人线程可以与现有的血管内技术配对,使医生能够通过患者的脑血管远程引导机器人,以快速治疗阻塞和病变,例如动脉瘤和中风中发生的阻塞和病变。

    “中风是导致死亡的五大原因,也是美国残疾的主要原因。如果急性卒中可以在前90分钟左右治疗,患者的生存率可能会显着增加,”赵玄和副教授表示。麻省理工学院的机械工程和土木与环境工程。 “如果我们能够在这个'黄金时段'设计一种能够逆转血管阻塞的装置,我们就有可能避免永久性脑损伤。这是我们的希望。”

    赵和他的团队,包括主要作者Yoonho Kim,麻省理工学院机械工程系的研究生,在“科学机器人”杂志上描述了他们的软机器人设计。该论文的其他合着者是麻省理工学院的研究生德国人Alberto Parada和访问学生刘圣多。

    在一个紧张的地方

    为了清除大脑中的血凝块,医生经常进行血管内手术,这是一种微创手术,其中外科医生通过患者的主动脉(通常在腿或腹股沟)插入细线。在使用X射线同时对血管成像的荧光镜的指导下,外科医生然后手动将导线旋转到受损的脑血管中。然后可以沿着导线将导管穿过,以将药物或凝块取出装置输送到受影响的区域。

    金说,这个程序可能会造成身体上的负担,要求必须接受专门培训的外科医生要忍受透视检查的反复辐射照射。

    “这是一项要求很高的技能,而且根本没有足够的外科医生为患者服务,特别是在郊区或农村地区,”金说。

    在这种程序中使用的医疗导丝是被动的,这意味着它们必须手动操作,并且通常由金属合金芯制成,涂有聚合物,Kim说这种材料可能会产生摩擦并损坏容器衬里,如果导线是暂时陷入一个特别狭小的空间。

    该团队意识到他们实验室的发展可以帮助改善这种血管内手术,包括导丝设计和减少医生接触任何相关辐射。

    最后,他们使用了他们之前开发的化学工艺,用磁性涂层涂覆和粘合磁性覆盖物 - 这种材料不会影响下面的磁性颗粒的响应性,同时为导线提供光滑,无摩擦,生物相容的表面。

    他们展示了机器人线程的精确度和激活,通过使用一个大磁铁,就像木偶的弦,使线穿过一个小环的障碍路线,让人联想到穿过针眼的线程。

    研究人员还测试了大脑主要血管的真人大小的硅胶复制品中的线,包括凝块和动脉瘤,模拟了实际患者大脑的CT扫描。研究小组在硅胶容器中加入模拟血液粘度的液体,然后手动操作模型周围的大磁铁,使机器人通过血管缠绕的窄路径。

    Kim说,机器人线程可以被功能化,这意味着可以添加功能 - 例如,提供减少凝块的药物或用激光打破阻塞。为了演示后者,该团队用光纤替换了线程的镍钛合金核心,发现一旦机器人到达目标区域,它们就可以磁性操纵机器人并激活激光器。

    当研究人员对机器人线涂层与未涂层水凝胶进行比较时,他们发现水凝胶使螺纹具有急需的光滑优势,使其能够在更紧凑的空间内滑行而不会卡住。在血管内手术中,当螺纹通过时,这种特性对于防止血管衬里的摩擦和损伤是关键。

    这个新的机器人线程如何让外科医生无辐射?金说,磁导导导线不需要外科医生将电线穿过患者的血管。这意味着医生也不必非常靠近患者,更重要的是,辐射产生荧光镜。

    在不久的将来,他设想结合现有磁性技术的血管内手术,例如成对的大磁铁,医生可以从手术室外操作的方向,远离荧光镜成像患者的大脑,甚至是完整的 不同的位置。

    “现有平台可以施加磁场并同时对患者进行透视检查,医生可以在另一个房间,甚至在不同的城市,用操纵杆控制磁场,”Kim说。 “我们希望利用现有技术在下一步测试我们的体内机器人线程。”

    该研究部分由海军研究办公室,麻省理工学院士兵纳米技术研究所和国家科学基金会(NSF)资助。

    ——文章发布于2019年8月28日

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