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マサチューセッツ工科大学 (MIT) のエンジニアは、脳の迷路のような血管系など、狭く曲がりくねった経路を積極的に滑走できる磁気操縦可能なワイヤーのようなロボットを開発しました。
将来的には、このロボット スレッドを既存の血管内技術と組み合わせて、医師が患者の脳血管を通してロボットを遠隔操作し、動脈瘤や脳卒中などで発生する閉塞や病変を迅速に治療できるようにする可能性があります。
「脳卒中は、米国における死亡原因の第 5 位であり、障害の原因の第 1 位です。急性脳卒中を最初の 90 分程度で治療できれば、患者の生存率が大幅に改善される可能性があります」と MIT 機械工学および土木環境工学の准教授である Zhao Xuanhe 氏は述べています。この「最盛期」の時期に脳がブロックされていれば、永久的な脳の損傷を回避できる可能性があります。それが私たちの希望です。」
Zhao と彼のチームは、主執筆者で MIT の機械工学科の大学院生である Yoonho Kim を含め、今日、Science Robotics ジャーナルでソフト ロボットの設計について説明しています。論文の他の共著者は、MIT 大学院生の German Alberto Parada と訪問学生です。劉生多。
脳から血栓を除去するために、医師は通常、血管内手術を行います。これは、外科医が患者の主動脈 (通常は脚または鼠径部) から細い糸を挿入する低侵襲手術です。血管を画像化すると、外科医は手動でワイヤを損傷した脳血管に向けて回転させます。その後、カテーテルをワイヤに沿って通過させて、薬剤または血栓回収装置を患部に送達します。
Kim 氏によると、この処置は肉体的に負担が大きく、X 線透視法による繰り返しの放射線被ばくに耐えられるよう、外科医は特別な訓練を受ける必要があります。
「これは非常に要求の厳しい技術であり、特に郊外や農村地域では、患者にサービスを提供するのに十分な外科医がいません」と Kim 氏は述べています。
このような処置で使用される医療用ガイドワイヤーは受動的です。つまり、手動で操作する必要があり、多くの場合、金属合金のコアでできており、ポリマーでコーティングされています。Kim 氏によると、これが摩擦を引き起こし、血管の内層を損傷する可能性があります。狭いスペース。
チームは、研究室での開発が、ガイドワイヤの設計と関連する放射線への医師の被ばくの低減の両方において、このような血管内処置の改善に役立つ可能性があることに気付きました。
過去数年にわたり、チームはヒドロゲル (ほとんどが水でできている生体適合性材料) と 3D プリントの磁気作動材料に関する専門知識を蓄積してきました。磁石。
新しい論文では、研究者はヒドロゲルと磁気作動に関する研究を組み合わせて、磁気的に操縦可能なヒドロゲルでコーティングされたロボット ワイヤ、またはガイドワイヤを製造しました。 .
ロボット ワイヤーのコアは、ニッケル チタン合金、つまり「ニチノール」でできています。この素材は、曲げることができ、伸縮性があります。曲げても形状を保持するハンガーとは異なり、ニチノール ワイヤーは元の形状に戻り、より多くの形状を保持します。チームはワイヤーのコアをゴムペーストまたはインクでコーティングし、その中に磁性粒子を埋め込んだ。
最後に、彼らは以前に開発した化学プロセスを使用して、磁気オーバーレイをヒドロゲルでコーティングして結合しました。これは、下にある磁性粒子の応答性に影響を与えず、滑らかで摩擦のない生体適合性のある表面を提供する材料です。
彼らは、大きな磁石 (操り人形のロープのようなもの) を使用して、ワイヤが針の穴を通るような小さなループの障害物コースを通過するようにワイヤを誘導することによって、ロボット ワイヤの精度と活性化を実証しました。
研究者はまた、実際の患者の脳の CT スキャンを模倣した、血栓や動脈瘤を含む脳の主要な血管の実物大のシリコン レプリカでワイヤーをテストしました。チームは、血液の粘度を模倣する液体でシリコン容器を満たしました次に、モデルの周りの大きな磁石を手動で操作して、ロボットをコンテナの曲がりくねった狭い経路に誘導しました。
キム氏によると、ロボット スレッドは機能化することができます。つまり、機能を追加できるということです。たとえば、血栓を減らす薬を投与したり、レーザーで閉塞を壊したりできます。後者を実証するために、チームはスレッドのニチノール コアを光ファイバーに置き換え、磁気でロボットを誘導し、ターゲット領域に到達したらレーザーを起動できます。
研究者がハイドロゲルでコーティングされたロボット ワイヤーとコーティングされていないロボット ワイヤーを比較したところ、ハイドロゲルがワイヤーに切望されていた滑りやすい利点を提供し、ワイヤーが引っかかることなく、より狭いスペースを滑ることができることを発見しました。この特性は、糸が通過する際の容器の裏地への摩擦や損傷を防ぐための鍵となります。
「手術における課題の 1 つは、市販のカテーテルでは到達できないほど直径が小さい脳内の複雑な血管を通過できるようにすることです」と、ソウル国立大学の機械工学教授である Kyujin Cho 氏は述べています。「この研究は、この課題を克服する方法を示しています。可能性があり、開腹手術なしで脳の外科的処置を可能にします。」
この新しいロボット スレッドは、外科医を放射線からどのように保護するのでしょうか?磁気で操縦可能なガイドワイヤにより、外科医がワイヤを患者の血管に押し込む必要がなくなると Kim 氏は述べています。 、さらに重要なのは、放射線を生成する透視装置です。
彼は近い将来、既存の磁気技術を取り入れた血管内手術を思い描いています。たとえば、一対の大きな磁石などです。これにより、医師は手術室の外にいても、患者の脳を画像化する透視装置から離れても、さらにはまったく別の場所にいることさえ可能になります。
「既存のプラットフォームでは、患者に磁場を適用すると同時に透視を行うことができ、医師は別の部屋や別の都市でジョイスティックを使用して磁場を制御できます」と Kim 氏は述べています。次のステップで既存の技術を使用して、ロボット スレッドを生体内でテストします。」
この研究の資金の一部は、海軍研究局、MIT の兵士ナノテクノロジー研究所、および国立科学財団 (NSF) から提供されました。
Motherboard のレポーターである Becky Ferreira は、MIT の研究者が、神経学的な血栓や脳卒中の治療に使用できるロボット スレッドを開発したと書いています。この種の低侵襲技術は、脳卒中などの神経学的緊急事態による損傷を軽減するのにも役立つ可能性があります。」
MIT の研究者は、人間の脳の中を蛇行できる新しいマグネトロン ロボット工学の糸を作成した、とスミソニアンのレポーター、ジェイソン デイリーは書いています。
TechCrunch のレポーター Darrell Etherington は、MI の研究者が脳外科手術の侵襲性を下げるために使用できる新しいロボット スレッドを開発したと書いています。動脈瘤や脳卒中を引き起こす可能性のある病変。」
マサチューセッツ工科大学 (MIT) の研究者は、いつの日か脳手術の侵襲性を低下させるのに役立つ可能性がある新しい磁気制御ロボット ワームを開発した、と New Scientist の Chris Stocker-Walker は報告しています。血管まで届きます。」
Gizmodo レポーターの Andrew Liszewski は、MIT の研究者によって開発された新しい糸のようなロボット作業を使用して、脳卒中の原因となる閉塞や血栓を迅速に取り除くことができると書いています。外科医はしばしば耐えなければならないことです」と Liszewski 氏は説明します。