Bilder, die auf der Website des MIT Press Office zum Download zur Verfügung stehen, werden nichtkommerziellen Einrichtungen, der Presse und der Öffentlichkeit unter einer Creative Commons Attribution Non-Commercial Non-Derivative License zur Verfügung gestellt angemessene Größe. Beim Kopieren von Bildern muss der Kredit verwendet werden;falls unten nicht angegeben, geben Sie „MIT“ für Bilder an.
MIT-Ingenieure haben einen magnetisch lenkbaren, drahtähnlichen Roboter entwickelt, der aktiv durch schmale, gewundene Pfade gleiten kann, wie z. B. das labyrinthische Gefäßsystem des Gehirns.
In Zukunft könnte dieser Roboterfaden mit bestehender endovaskulärer Technologie kombiniert werden, sodass Ärzte einen Roboter aus der Ferne durch die Blutgefäße des Gehirns eines Patienten führen können, um Blockaden und Läsionen, wie sie beispielsweise bei Aneurysmen und Schlaganfällen auftreten, schnell zu behandeln.
„Der Schlaganfall ist die fünfthäufigste Todesursache und die häufigste Ursache für Behinderungen in den Vereinigten Staaten.Wenn akute Schlaganfälle in den ersten 90 Minuten behandelt werden können, kann das Überleben der Patienten erheblich verbessert werden“, sagt MIT Mechanical Engineering und Zhao Xuanhe, außerordentlicher Professor für Bau- und Umweltingenieurwesen, sagten: „Wenn wir ein Gerät entwickeln können, um Gefäße umzukehren Durch eine Blockade während dieser „Hauptsendezeit“ könnten wir möglicherweise dauerhafte Hirnschäden vermeiden.Das ist unsere Hoffnung.“
Zhao und sein Team, darunter der Hauptautor Yoonho Kim, ein Doktorand am MIT-Department of Mechanical Engineering, beschreiben heute in der Zeitschrift Science Robotics ihr Design für weiche Roboter. Weitere Co-Autoren des Artikels sind der MIT-Doktorand German Alberto Parada und ein Gaststudent Shengduo Liu.
Um Blutgerinnsel aus dem Gehirn zu entfernen, führen Ärzte in der Regel eine endovaskuläre Operation durch, ein minimal-invasives Verfahren, bei dem der Chirurg einen dünnen Faden durch die Hauptarterie des Patienten einführt, normalerweise in das Bein oder die Leiste. Unter fluoroskopischer Anleitung, bei der gleichzeitig Röntgenstrahlen verwendet werden Bilden Sie die Blutgefäße ab, der Chirurg dreht dann den Draht manuell nach oben in die beschädigten Blutgefäße des Gehirns. Der Katheter kann dann entlang des Drahtes geführt werden, um das Medikament oder Gerinnsel-Entfernungsgerät in den betroffenen Bereich zu bringen.
Das Verfahren kann körperlich anstrengend sein, sagte Kim und erfordert, dass Chirurgen speziell geschult werden, um der wiederholten Strahlenbelastung durch Fluoroskopie standzuhalten.
„Es ist eine sehr anspruchsvolle Fähigkeit, und es gibt einfach nicht genug Chirurgen, um Patienten zu versorgen, insbesondere in Vorstädten oder ländlichen Gebieten“, sagte Kim.
Medizinische Führungsdrähte, die bei solchen Verfahren verwendet werden, sind passiv, was bedeutet, dass sie manuell manipuliert werden müssen, und bestehen oft aus einem Kern aus einer Metalllegierung und sind mit einem Polymer beschichtet, das laut Kim Reibung erzeugen und die Auskleidung von Blutgefäßen beschädigen kann engen Platz.
Das Team erkannte, dass die Entwicklungen in ihrem Labor dazu beitragen könnten, solche endovaskulären Verfahren zu verbessern, sowohl bei der Gestaltung von Führungsdrähten als auch bei der Verringerung der Strahlenbelastung der Ärzte.
In den letzten Jahren hat das Team Expertise in Hydrogelen (biokompatible Materialien, die hauptsächlich aus Wasser bestehen) und dem 3D-Druck von magnetisch betätigten Materialien aufgebaut, die so gestaltet werden können, dass sie kriechen, springen und sogar einen Ball fangen können, indem sie einfach der Richtung folgen Magnet.
In der neuen Arbeit kombinierten die Forscher ihre Arbeit an Hydrogelen und magnetischer Betätigung, um einen magnetisch lenkbaren, mit Hydrogel beschichteten Roboterdraht oder Führungsdraht herzustellen, den sie dünn genug machen konnten, um Blutgefäße magnetisch durch lebensgroße Silikon-Replikatgehirne zu führen .
Der Kern des Roboterdrahts besteht aus einer Nickel-Titan-Legierung oder „Nitinol“, einem Material, das sowohl biegbar als auch elastisch ist. Im Gegensatz zu Kleiderbügeln, die beim Biegen ihre Form behalten, kehrt der Nitinoldraht in seine ursprüngliche Form zurück und gibt ihm mehr Flexibilität beim Umwickeln enger, gewundener Blutgefäße. Das Team beschichtete den Kern des Drahtes mit Gummipaste oder Tinte und bettete darin magnetische Partikel ein.
Schließlich verwendeten sie ein zuvor entwickeltes chemisches Verfahren, um die Magnetauflage mit einem Hydrogel zu beschichten und zu verbinden – einem Material, das die Reaktionsfähigkeit der darunter liegenden Magnetpartikel nicht beeinträchtigt und dennoch eine glatte, reibungsfreie, biokompatible Oberfläche bietet.
Sie demonstrierten die Präzision und Aktivierung von Roboterdraht, indem sie einen großen Magneten (ähnlich wie das Seil einer Marionette) verwendeten, um den Draht durch den Hindernisparcours einer kleinen Schleife zu führen, die an einen Draht erinnert, der durch ein Nadelöhr geht.
Die Forscher testeten den Draht auch in einer lebensgroßen Silikonnachbildung der wichtigsten Blutgefäße des Gehirns, einschließlich Blutgerinnseln und Aneurysmen, die CT-Scans des Gehirns eines echten Patienten nachahmten. Das Team füllte einen Silikonbehälter mit einer Flüssigkeit, die die Viskosität von Blut nachahmte , dann manipulierte manuell große Magnete um das Modell herum, um den Roboter durch den gewundenen, schmalen Pfad des Containers zu führen.
Roboterfäden können funktionalisiert werden, sagt Kim, was bedeutet, dass Funktionalität hinzugefügt werden kann – zum Beispiel Medikamente zu verabreichen, die Blutgerinnsel reduzieren oder Blockaden mit Lasern auflösen Sie könnten den Roboter magnetisch führen und den Laser aktivieren, sobald er das Zielgebiet erreicht hat.
Als die Forscher den mit Hydrogel beschichteten Roboterdraht mit dem unbeschichteten Roboterdraht verglichen, stellten sie fest, dass das Hydrogel dem Draht den dringend benötigten Gleitvorteil verlieh, sodass er durch engere Zwischenräume gleiten konnte, ohne stecken zu bleiben. Bei endovaskulären Verfahren diese Eigenschaft ist der Schlüssel zum Verhindern von Reibung und Beschädigung der Auskleidung des Behälters, wenn der Faden hindurchgeführt wird.
„Eine Herausforderung in der Chirurgie besteht darin, die komplexen Blutgefäße im Gehirn zu durchqueren, die einen so kleinen Durchmesser haben, dass kommerzielle Katheter sie nicht erreichen können“, sagte Kyujin Cho, Professor für Maschinenbau an der Seoul National University.„Diese Studie zeigt, wie diese Herausforderung gemeistert werden kann.Potenzial und ermöglichen chirurgische Eingriffe im Gehirn ohne offene Operation.“
Wie schützt dieser neue Roboterfaden Chirurgen vor Strahlung? Durch den magnetisch lenkbaren Führungsdraht entfällt die Notwendigkeit für Chirurgen, den Draht in das Blutgefäß eines Patienten zu schieben, sagte Kim. Dies bedeutet, dass der Arzt auch nicht in der Nähe des Patienten sein muss und , was noch wichtiger ist, das Fluoroskop, das die Strahlung erzeugt.
Für die nahe Zukunft stellt er sich eine endovaskuläre Chirurgie vor, die vorhandene magnetische Technologien, wie z. B. Paare großer Magnete, einbezieht, die es Ärzten ermöglichen, sich außerhalb des Operationssaals, weg von Fluoroskopen, die das Gehirn von Patienten abbilden, oder sogar an völlig anderen Orten aufzuhalten.
„Bestehende Plattformen können einem Patienten ein Magnetfeld zuführen und gleichzeitig eine Durchleuchtung durchführen, und der Arzt kann das Magnetfeld mit einem Joystick in einem anderen Raum oder sogar in einer anderen Stadt steuern“, sagte Kim. „Das hoffen wir Nutzen Sie im nächsten Schritt die vorhandene Technologie, um unseren Roboterfaden in vivo zu testen.“
Die Finanzierung der Forschung kam teilweise vom Office of Naval Research, dem Soldier Nanotechnology Institute des MIT und der National Science Foundation (NSF).
Motherboard-Reporterin Becky Ferreira schreibt, dass MIT-Forscher einen Roboterfaden entwickelt haben, der zur Behandlung von neurologischen Blutgerinnseln oder Schlaganfällen eingesetzt werden könnte. Roboter könnten mit Medikamenten oder Lasern ausgestattet werden, die „an Problembereiche des Gehirns abgegeben werden könnten.Diese Art der minimal-invasiven Technologie kann auch dazu beitragen, Schäden durch neurologische Notfälle wie Schlaganfälle zu mildern.“
MIT-Forscher haben einen neuen Faden der Magnetron-Robotik entwickelt, der sich durch das menschliche Gehirn schlängeln kann, schreibt der Smithsonian-Reporter Jason Daley. „In Zukunft könnte es durch Blutgefäße im Gehirn wandern, um Blockaden zu beseitigen“, erklärt Daly.
TechCrunch-Reporter Darrell Etherington schreibt, dass MI-Forscher einen neuen Roboterfaden entwickelt haben, der verwendet werden könnte, um Gehirnoperationen weniger invasiv zu gestalten Läsionen, die zu Aneurysmen und Schlaganfällen führen können.“
MIT-Forscher haben einen neuen magnetisch gesteuerten Roboterwurm entwickelt, der eines Tages dazu beitragen könnte, Gehirnoperationen weniger invasiv zu machen, berichtet Chris Stocker-Walker vom New Scientist. Blutgefäße erreichen.“
Der Gizmodo-Reporter Andrew Liszewski schreibt, dass eine neue fadenartige Roboterarbeit, die von MIT-Forschern entwickelt wurde, verwendet werden könnte, um Blockaden und Gerinnsel, die Schlaganfälle verursachen, schnell zu beseitigen.“ Roboter könnten nicht nur Operationen nach einem Schlaganfall immer schneller machen, sondern auch die Strahlenbelastung reduzieren die Chirurgen oft aushalten müssen“, erklärt Liszewski.