机器人线程的设计通过大脑的血管滑倒



bt365手机的工程师已经开发出一种磁性可控,螺纹状机器人,可以通过狭窄,蜿蜒的途径,如脑血管labrynthine积极滑行。

在未来,这种机器人线程可与现有的血管内技术配对,使医生通过病人的脑血管中远程引导机器人能够快速治疗堵塞和病变,如那些发生在动脉瘤和中风。

“中风是死亡的第五大原因和残疾的美国的首要原因。如果急性脑卒中可以在第90分钟左右的时间内进行治疗,患者的生存率可以显著增加,”宣和李大钊,在bt365手机土木与环境工程的机械工程副教授说。 “如果我们能够设计一个设备来扭转这种内血管堵塞‘黄金时间’,我们有可能避免永久性的脑损伤。这是我们的希望。”

赵本山和他的团队,包括首席作者yoonho金,研究生在机械工程的bt365手机的部门,形容今天的软机器人设计在日记 科学机器人。 该论文的其他共同作者是bt365手机的研究生德国阿尔贝托·帕拉达和访问学生圣多刘。

在紧张的现场

以清除在大脑血液凝块,医生往往执行血管内手术,微创外科手术,其中外科医生插入的细线穿过患者的大动脉,通常在腿或腹股沟。通过同时使用图像的X射线血管,外科医生然后手动旋转所述导线向上进入受损的脑血管荧光镜引导。导管然后可以沿着导线螺纹的,以提供药物或凝块检索设备到受影响的区域。

金正日说,该程序可在物理上征税,需要外科医生,谁必须在任务进行专门训练,忍受从透视重复的辐射暴露。

“这是一个苛刻的技能,并有根本没有足够的医生对患者,尤其是在郊区或农村地区,” Kim说。

在这样的过程中使用的医疗导丝是被动的,这意味着它们必须被手动操作,并且典型地由金属合金的芯,包衣中的聚合物,即金说可能产生的摩擦和损坏容器衬里如果导线是一种材料制成获得暂时停留在一个特别狭小的空间。

该团队意识到,在发展他们的实验室将有助于改善这样的血管内手术,无论是在导线的设计和减少医生接触到任何相关的辐射。

 

穿针引线

在过去的几年里,该小组已建立了专业知识在这两个 水凝胶 - 生物相容的材料制成的主要为水 - 和3- d印刷 磁激励材料 其可被设计为爬行,跳跃,甚至接球,简单地通过以下的磁铁的方向。

在这个新的论文中,研究人员在水凝胶结合自己的工作,并在磁激励,产生磁性可控,水凝胶涂层机器人线程,或导丝,这是他们能够做出足够薄,磁通过一个真人大小的硅胶复制品指导大脑的血管。

机器人螺纹的芯由镍 - 钛合金,或“镍钛诺”,即既柔韧而有弹性的材料制成。不像一衣架,弯曲时会保持其形状,镍钛诺线将返回到其原来的形状,给它在通过紧,弯曲的血管绕组更多的灵活性。球队涂覆在橡胶糊,或油墨,它们嵌入在整个与磁性颗粒上的金属丝的核心。

最后,他们用他们以前开发的化学过程,涂覆和粘结与水凝胶中的磁性被覆 - 不影响下层的磁性粒子的响应,但提供了丝具有光滑,无摩擦的,生物相容的表面的材料。

他们用一个大磁铁,提线木偶的字符串很像,通过小环,让人联想到线穿过针的眼工作的方式的一个障碍,以引导线展示了机器人线程的精度和激活。

研究人员还测试了大脑的主要血管的真人大小的硅胶复制品线程,包括血栓和动脉瘤,实际患者的脑部CT扫描后建模。球队填充硅酮容器与模拟血液的粘度的液体,然后手动操纵模型周围的大型磁铁通过船只的绕组,窄通道来引导机器人。

金正日说,机器人线程可以被功能化,这意味着功能可以增加 - 例如,提供凝块减少药物或分手堵塞激光。证明后者,球队替换线程的镍钛诺芯与光纤并发现他们可以磁性地操纵机器人和激活激光一旦机器人到达目标区域。

当研究人员跑了涂层与未涂层与水凝胶机器人线程之间的比较,他们发现水凝胶给线程急需的,滑滑的优势,使其能够通过更紧密的空间没有得到坚持下滑。在血管内手术,这个属性是关键,防止摩擦和损伤血管衬里为主线,通过它的工作方式。

“在手术的挑战之一就是能够通过复杂的血管在大脑中,其中有一个非常小的直径,其中商业导管无法达到导航,” kyujin町,在首尔国立大学机械工程教授。 “这项研究表明潜在克服这一挑战,并能在大脑手术过程无需开腹手术。”

而这个新的机器人主题是如何能保持医生无辐射?金正日说,磁导丝转向摒弃了与必要性医生物理通过病人的血管推线。这意味着医生也不必是在靠近患者,并且更重要的是,产生辐射的荧光镜。

在不久的将来,他的设想是合并现有的磁技术血管内手术,如对大磁铁,其中医生可以从刚刚在手术室外操作,远离透视摄影患者的大脑中的路线,甚至在完全不同的位置。

“现有的平台可以应用磁场,并在同一时间给病人做荧光透视程序,医生可以在另一个房间里,甚至在不同的城市,控制与操纵杆的磁场,” Kim说。 “我们的希望是利用现有的技术来测试我们的机器人线程在体内的下一步。”

这项研究资助,部分由海军研究办公室,士兵纳米技术的bt365手机和美国国家科学基金会(NSF)。