Bilder som er tilgjengelige for nedlasting på MIT Press Office-nettstedet er gitt til ikke-kommersielle enheter, pressen og publikum under en Creative Commons Attribution Non-Commercial Non-Derivative License. Du må ikke endre de angitte bildene, bare beskjære dem til passende størrelse. Kreditt må brukes ved kopiering av bilder;hvis ikke oppgitt nedenfor, krediterer "MIT" for bilder.
MIT-ingeniører har utviklet en magnetisk styrbar ledningslignende robot som aktivt kan gli gjennom smale, svingete stier, slik som hjernens labyrintiske vaskulatur.
I fremtiden kan denne robottråden bli kombinert med eksisterende endovaskulær teknologi, slik at leger kan fjernstyre en robot gjennom en pasients hjerneblodårer for raskt å behandle blokkeringer og lesjoner, slik som de som oppstår i aneurismer og slag.
"Hjerneslag er den femte ledende dødsårsaken og den ledende årsaken til funksjonshemming i USA.Hvis akutte slag kan behandles i løpet av de første 90 minuttene eller så, kan pasientens overlevelse bli betydelig forbedret," sier MIT Mechanical Engineering og Zhao Xuanhe, førsteamanuensis i sivil- og miljøteknikk, sa."Hvis vi kan designe en enhet for å reversere vaskulært blokkering i løpet av denne «prime time»-perioden, kan vi potensielt unngå permanent hjerneskade.Det er vårt håp."
Zhao og teamet hans, inkludert hovedforfatter Yoonho Kim, en doktorgradsstudent ved MITs avdeling for maskinteknikk, beskriver deres myke robotdesign i dag i tidsskriftet Science Robotics. Andre medforfattere av artikkelen er MIT-graduate student German Alberto Parada og gjestestudent Shengduo Liu.
For å fjerne blodpropp fra hjernen, utfører leger vanligvis endovaskulær kirurgi, en minimalt invasiv prosedyre der kirurgen setter en tynn tråd gjennom pasientens hovedpulsåre, vanligvis i beinet eller lysken. Under fluoroskopisk veiledning, som bruker røntgenstråler for å samtidig bilde blodårene, kirurgen roterer deretter ledningen manuelt opp i de skadede hjerneblodårene. Kateteret kan deretter føres langs ledningen for å levere medikamentet eller blodpropphentingsenheten til det berørte området.
Prosedyren kan være fysisk krevende, sa Kim, og krever at kirurger er spesielt opplært til å tåle gjentatt strålingseksponering av fluoroskopi.
"Det er en svært krevende ferdighet, og det er rett og slett ikke nok kirurger til å betjene pasienter, spesielt i forstadsområder eller landlige områder," sa Kim.
Medisinske ledetråder som brukes i slike prosedyrer er passive, noe som betyr at de må manipuleres manuelt, og er ofte laget av en metalllegeringskjerne og belagt med en polymer, som Kim sier kan skape friksjon og skade slimhinnen i blodårene. Midlertidig fast i en spesielt trang plass.
Teamet innså at utviklingen i laboratoriet deres kunne bidra til å forbedre slike endovaskulære prosedyrer, både i utformingen av ledetråder og i å redusere legers eksponering for all tilknyttet stråling.
I løpet av de siste årene har teamet bygget opp ekspertise innen hydrogeler (biokompatible materialer hovedsakelig laget av vann) og 3D-utskrift magneto-aktiverte materialer som kan designes for å krype, hoppe og til og med fange en ball, bare ved å følge retningen til magnet.
I det nye papiret kombinerte forskerne arbeidet med hydrogeler og magnetisk aktivering for å produsere en magnetisk styrbar, hydrogelbelagt robottråd, eller guidewire, som de var i stand til å gjøre tynn nok til å magnetisk lede blodårer gjennom hjerner av silikonkopi i naturlig størrelse .
Kjernen i robottråden er laget av nikkel-titanium-legering, eller "nitinol", et materiale som er både bøyelig og elastisk. I motsetning til kleshengere, som beholder formen når de bøyes, går nitinol-tråden tilbake til sin opprinnelige form, og gir den mer fleksibilitet når du pakker inn tette, kronglete blodårer. Teamet dekket kjernen av ledningen med gummipasta eller blekk, og innebygde magnetiske partikler i den.
Til slutt brukte de en kjemisk prosess de tidligere hadde utviklet for å belegge og binde det magnetiske overlegget med en hydrogel - et materiale som ikke påvirker reaksjonsevnen til de underliggende magnetiske partiklene, samtidig som de gir en jevn, friksjonsfri, biokompatibel overflate.
De demonstrerte presisjonen og aktiveringen av robottråd ved å bruke en stor magnet (omtrent som et dukketau) for å lede ledningen gjennom hinderløypa til en liten løkke, som minner om en ledning som går gjennom nåløyet.
Forskerne testet også ledningen i en silikonkopi i naturlig størrelse av hjernens store blodårer, inkludert blodpropper og aneurismer, som etterlignet CT-skanninger av en faktisk pasients hjerne. Teamet fylte en silikonbeholder med en væske som etterligner viskositeten til blod , deretter manuelt manipulert store magneter rundt modellen for å lede roboten gjennom containerens svingete, smale bane.
Robottråder kan funksjonaliseres, sier Kim, noe som betyr at funksjonalitet kan legges til - for eksempel å levere medisiner som reduserer blodpropp eller bryte blokkeringer med lasere. For å demonstrere sistnevnte, erstattet teamet trådenes nitinolkjerner med optiske fibre og fant ut at de kunne magnetisk lede roboten og aktivere laseren når den nådde målområdet.
Da forskerne sammenlignet den hydrogelbelagte robottråden med den ubelagte robottråden, fant de ut at hydrogelen ga ledningen en sårt tiltrengt glatt fordel, slik at den kunne gli gjennom trangere områder uten å sette seg fast.I endovaskulære prosedyrer, denne egenskapen vil være nøkkelen til å forhindre friksjon og skade på foringen av fartøyet når gjengen passeres.
"En utfordring i kirurgi er å kunne krysse de komplekse blodårene i hjernen som er så små i diameter at kommersielle katetre ikke kan nå," sa Kyujin Cho, professor i maskinteknikk ved Seoul National University."Denne studien viser hvordan man kan overvinne denne utfordringen.potensielt og muliggjør kirurgiske prosedyrer i hjernen uten åpen kirurgi."
Hvordan beskytter denne nye robottråden kirurger mot stråling? Den magnetisk styrbare guidewiren eliminerer behovet for kirurger å dytte ledningen inn i pasientens blodåre, sa Kim. Dette betyr at legen heller ikke trenger å være nær pasienten og , enda viktigere, fluoroskopet som produserer strålingen.
I nær fremtid ser han for seg endovaskulær kirurgi som inkluderer eksisterende magnetisk teknologi, som par med store magneter, slik at leger kan være utenfor operasjonssalen, borte fra fluoroskoper som avbilder pasientenes hjerner, eller til og med på helt andre steder.
"Eksisterende plattformer kan bruke et magnetfelt på en pasient og utføre en fluoroskopi samtidig, og legen kan kontrollere magnetfeltet med en joystick i et annet rom, eller til og med i en annen by," sa Kim. bruk eksisterende teknologi i neste trinn for å teste vår robottråd in vivo.»
Finansiering til forskningen kom delvis fra Office of Naval Research, MITs Soldier Nanotechnology Institute og National Science Foundation (NSF).
Hovedkortreporter Becky Ferreira skriver at MIT-forskere har utviklet en robottråd som kan brukes til å behandle nevrologiske blodpropper eller slag. Roboter kan utstyres med medisiner eller lasere som "kan leveres til problemområder i hjernen.Denne typen minimalt invasiv teknologi kan også bidra til å redusere skader fra nevrologiske nødsituasjoner som hjerneslag."
MIT-forskere har skapt en ny tråd med magnetronrobotikk som kan slynge seg gjennom den menneskelige hjernen, skriver Smithsonian-reporter Jason Daley. "I fremtiden kan den reise gjennom blodkar i hjernen for å hjelpe til med å fjerne blokkeringer," forklarer Daly.
TechCrunch-reporter Darrell Etherington skriver at MI-forskere har utviklet en ny robottråd som kan brukes til å gjøre hjernekirurgi mindre invasiv. Etherington forklarte at den nye robottråden kan "kan gjøre det enklere og mer tilgjengelig å behandle cerebrovaskulære problemer, som blokkeringer og lesjoner som kan føre til aneurismer og slag."
MIT-forskere har utviklet en ny magnetisk kontrollert robotorm som en dag kan bidra til å gjøre hjernekirurgi mindre invasiv, rapporterer Chris Stocker-Walker fra New Scientist. Når den ble testet på en silisiummodell av den menneskelige hjernen, "kan roboten vri seg gjennom vanskelig å- nå blodårene."
Gizmodo-reporter Andrew Liszewski skriver at et nytt trådlignende robotarbeid utviklet av MIT-forskere kan brukes til raskt å fjerne blokkeringer og blodpropper som forårsaker slag." Roboter kunne ikke bare gjøre operasjoner etter slag raskere og raskere, men også redusere strålingseksponeringen som kirurger ofte må tåle,” forklarte Liszewski.