СОЮЗ АССОЦИАЦИЙ КЛИНИЧЕСКИХ НЕЙРОФИЗИОЛОГОВ СТРАН СНГ, ШОС, АЗИИ И ЕВРОПЫ

Роботизированная нить будет чистить сосуды

29 августа
В Массачусетском технологическом институте разработали магнитоуправляемого нитевидного робота, который может активно скользить по узким извилистым путям, таким как лабиринтная сосудистая сеть мозга. В будущем эта роботизированная нить может быть соединена с существующими эндоваскулярными технологиями, позволяя врачам удаленно направлять робота через сосуды головного мозга пациента для быстрого лечения закупорок и повреждений, таких как те, которые возникают при аневризмах и инсульте.

«Инсульт является причиной смерти номер пять и основной причиной инвалидности в Соединенных Штатах. Если острый инсульт можно лечить в течение первых 90 минут или около того, показатели выживаемости пациентов могут значительно возрасти , - говорит Сюаньхэ Чжао, доцент кафедры машиностроения и гражданского и экологического проектирования в MIT. - Если бы мы могли разработать устройство, чтобы обратить вспять закупорку кровеносных сосудов в течение этого «золотого часа», мы могли бы избежать постоянного повреждения головного мозга. Это наша надежда.

Чжао и его команда, в том числе ведущий автор Yoonho Kim, аспирант факультета машиностроения Массачусетского технологического института, рассказывают о своей мягкой роботизированной конструкции в журнале Science Robotics. Другими соавторами статьи являются аспирант Массачусетского технологического института Герман Альберто Парада и приглашенный студент Шэндуо Лю.

Чтобы очистить сгустки крови в головном мозге, врачи часто выполняют эндоваскулярную процедуру, минимально инвазивную операцию, при которой хирург вводит тонкий провод через основную артерию пациента, обычно в ногу или пах. Руководствуясь флюороскопом, который одновременно снимает кровеносные сосуды с помощью рентгеновских лучей, хирург затем вручную поворачивает провод в поврежденный сосуд головного мозга. Затем по проволоке можно навинчивать катетер для доставки лекарств или устройств для устанения тромбов в пораженную область.

Медицинские проводники, используемые в таких процедурах, являются пассивными, то есть ими нужно манипулировать вручную, и обычно они сделаны из сердечника из металлических сплавов, покрытых полимером, материалом, который, по словам Ким, может вызвать трение и повредить футеровку сосуда, если проволока застрянет в особенно тесном месте.

За последние несколько лет команда накопила опыт работы с гидрогелями - биосовместимыми материалами, сделанными в основном из воды, - и с магнитно-активированными материалами с трехмерной печатью, которые могут быть спроектированы для ползания, просто следуя направлению магнита.

Сердцевина роботизированной нити выполнена из никель-титанового сплава, или нитинола, материала, который является одновременно изогнутым и упругим. Нитиноловая проволока возвращается к своей первоначальной форме, что дает ей большую гибкость при намотке через узкие извилистые сосуды. Сердечник провода покрыт резиновой пастой с магнитными частицами.

Ученые использовали химический процесс, который они разработали ранее, чтобы покрыть и связать магнитное покрытие с гидрогелем - материалом, который не влияет на чувствительность нижележащих магнитных частиц, но при этом обеспечивает проволоке гладкую, биосовместимую поверхность без трения.

Они продемонстрировали точность и активацию нити робота с помощью большого магнита, чтобы направить нить через полосу препятствий из маленьких колец, напоминающую нить, проходящую через игольное ушко.

Исследователи также проверили нить в силиконовой копии в натуральную величину основных кровеносных сосудов головного мозга, включая сгустки и аневризмы, смоделированные после компьютерной томографии головного мозга пациента. Они заполнили силиконовые сосуды жидкостью, имитирующей вязкость крови, а затем вручную манипулировали большим магнитом вокруг модели, чтобы направить робота по извилистым узким траекториям сосудов.

Ким говорит, что роботизированная нить может быть функционализирована, а это означает, что могут быть добавлены функции, например, для доставки лекарств, снижающих сгусток, или для устранения засоров лазерным светом. Чтобы продемонстрировать последнее, команда заменила нитиноловое ядро ​​нити оптическим волокном и обнаружила, что они могут магнитно управлять роботом и активировать лазер, как только робот достигнет целевой области.

Когда исследователи провели сравнение между роботизированной нитью, покрытой и непокрытой гидрогелем, они обнаружили, что гидрогель дает преимущество, позволяя скользить сквозь более узкие пространства без застревания. В эндоваскулярной хирургии это свойство будет ключевым для предотвращения трения и повреждения прокладок сосудов по мере прохождения нити.

Ким говорит, что магнитно управляемый проводник устраняет необходимость для хирургов физически проталкивать провод через кровеносные сосуды пациента. Это означает, что врачам также не нужно находиться в непосредственной близости от пациента.

«Существующие платформы могут воздействовать магнитным полем и одновременно выполнять процедуру рентгеноскопии, и врач может находиться в другой комнате или даже в другом городе, контролируя магнитное поле с помощью джойстика», - говорит Ким.