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MITのエンジニアは、脳の迷路のような血管系のような狭く曲がりくねった道を能動的に滑走できる、磁力で操縦可能なワイヤー状のロボットを開発した。
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ることで、医師が遠隔からロボットを患者の脳血管内に誘導して、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なる可能性がある。
「脳卒中は米国における死因の第5位であり、障害の主な原因となっています。急性脳卒中を最初の90分程度で治療できれば、患者の生存率は大幅​​に改善される可能性がある」とMIT機械工学と土木・環境工学准教授の趙玄和氏は語る。この「プライムタイム」期間中にブロックがあれば、永続的な脳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氏と、筆頭著者でMIT機械工学科の大学院生であるYoonho Kim氏を含む彼のチームは、今日、科学誌Science Roboticsでソフトロボットの設計について説明しています。論文の他の共著者には、MIT大学院生のドイツ人Alberto Parada氏と客員学生がいます。劉盛都。
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）に細い糸を挿入する低侵襲手術です。X線透視下で、同時に血管を画像化したら、外科医は損傷した脳血管まで手動でワイヤーを回転させます。その後、カテーテルをワイヤーに沿って通し、薬剤または血栓回収装置を患部に送り込みます。
この手術は肉体的に厳しい場合があり、外科医は透視検査による繰り返しの放射線被ばくに耐えられるよう特別な訓練を受けている必要がある、とキム氏は述べた。
「これは非常に要求の高い技術であり、特に郊外や田舎では、患者を治療できる外科医がまったく足りません」とキム氏は言う。
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あり、つまり手動で操作する必要があり、多くの場合、金属合金のコアで作られ、ポリマーでコーティングされているため、摩擦が生じて血管の内壁に損傷を与える可能性があるとキム氏は述べています。狭い空間。
研究チームは、研究室での開発が、ガイドワイヤーの設計と、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づきました。
過去数年間にわたり、チームはヒドロゲル（主に水でできた生体適合性材料）と、指示に従うだけで這ったり、ジャンプしたり、ボールをキャッチしたりするように設計できる磁気作動材料の 3D プリント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、研究者ら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ー、つまりガイドワイヤーを製造し、実物大のシリコンレプリカの脳を通して血管を磁気的に誘導するのに十分なほど薄くすることができた。 。
ロボットワイヤーのコアは、曲げ可能で弾力性のある材料であるニッケルチタン合金、つまり「ニチノール」で作られています。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、より快適に使用できます。研究チームはワイヤーの芯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、磁性オーバーレイをハイドロゲルでコーティングして結合しました。この材料は、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します。
彼らは、大きな磁石 (人形のロープによく似ています) を使用して、針の穴を通るワイヤーを思わせる小さなループの障害物コースにワイヤーを誘導することにより、ロボット ワイヤーの精度と作動を実証しました。
研究者らはまた、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血管の等身大のシリコンレプリカでワイヤーをテストした。チームはシリコン容器に血液の粘度を模倣した液体を満たした。次に、モデルの周囲にある大きな磁石を手動で操作して、コンテナの曲がりくねった狭い経路にロボットを誘導しました。
キム氏によると、ロボットの糸は機能化できるということは、血栓を減らす薬を投与したり、レーザーで閉塞を破壊したりするなど、機能を追加できることを意味する。後者を実証するために、チームは糸のニチノールコアを光ファイバーに置き換えたところ、次のことがわかった。彼らはロボットを磁気的に誘導し、目標領域に到達するとレーザーを作動させることができる。
研究者らは、ヒ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、ヒドロゲルがワイヤーに待望の滑りやすい利点をもたらし、引っかかることなく狭い空間を滑り抜けることができることを発見しました。血管内処置では、この特性は、糸が通過する際の血管の内層への摩擦や損傷を防ぐ鍵となります。
「外科手術における課題の 1 つは、直径が非常に小さく市販のカテーテルでは到達できない脳内の複雑な血管を通過できるようにすることです」とソウル国立大学機械工学教授、キュジン・チョー氏は述べた。「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、開腹手術を行わずに脳内での外科手術が可能になります。」
この新しいロボットスレッドはどのようにして外科医を放射線から守るのでしょうか? 磁力で操作可能なガイドワイヤーにより、外科医がワイヤーを患者の血管に押し込む必要がなくなりました、とキム氏は言いました。これは、医師が患者の近くにいる必要がなく、また、患者の近くにいる必要もないことを意味します。 、さらに重要なのは、放射線を生成する透視装置です。
同氏は、近い将来、大きな磁石のペアなどの既存の磁気技術を組み込んだ血管内手術を構想しており、これにより医師は手術室の外、患者の脳を撮影する透視装置から離れた場所、さらにはまったく別の場所にいることが可能になる。
「既存のプラットフォームでは、患者に磁場を印加すると同時に透視検査を行うことができ、医師は別の部屋、あるいは別の都市にいてもジョイスティックを使って磁場を制御できる」とキム氏は語った。次のステップでは既存のテクノロジーを使用して、ロボットスレッドを生体内でテストします。」
この研究への資金の一部は、海軍研究局、MIT ソルジャー 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。
マザーボード記者のベッキー・フェレイラ氏は、MITの研究者らが神経性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る。ロボットには「脳の問題領域に送達できる薬剤やレーザー」が搭載される可能性がある。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の軽減にも役立つ可能性があります。」
MITの研究者らは、人間の脳内を蛇行できるマグネトロンロボット工学の新しい糸を開発した、とスミソニアン博物館記者のジェイソン・デイリーは書いている。「将来的には、脳の血管を通って詰まりを取り除くのに役立つ可能性がある」とデイリーは説明する。
TechCrunchのレポーターであるダレル・エザリントン氏は、MIの研究者らが脳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る。エザリントン氏は、新しいロボットスレッドによって「閉塞や脳血管障害などの脳血管の問題の治療がより簡単かつアクセスしやすくなる可能性がある」と説明した。動脈瘤や脳卒中を引き起こす可能性のある病変です。」
MITの研究者らは、いつか脳手術の侵襲性を下げ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のクリス・ストッカーウォーカー氏が報告している。人間の脳のシリコンモデルでテストすると、「このロボットは、困難な場所でもくねくね動くことができる」血管まで届きます。」
米ギズモードのアンドリュー・リシェフスキー記者は、MITの研究者が開発した新しい糸のようなロボットを使えば、脳卒中の原因となる詰まりや血栓を素早く除去できる可能性があると書いている。「ロボットは脳卒中後の手術をますます迅速化できるだけでなく、放射線被ばくも減らすことができる」外科医はしばしば耐えなければならないのです」とリシェフスキー氏は説明した。