新型磁性觸手機(jī)器人可以“自主”深入“五臟肺腑”，甚至肺部小的支氣管
3月22日消息，工程師和科學(xué)家已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種新的機(jī)器人，該機(jī)器人可以到達(dá)肺部一些小的支氣管，以采集組織樣本或進(jìn)行癌癥治療。
它被稱為磁性觸手機(jī)器人，直徑只有 2 毫米，大約是圓珠筆筆尖大小的兩倍?；颊唧w外的磁鐵將用于將觸手機(jī)器人引導(dǎo)到位。該設(shè)備由利茲大學(xué) STORM 實(shí)驗(yàn)室的工程師、科學(xué)家和臨床醫(yī)生團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)，該實(shí)驗(yàn)室率先使用機(jī)器人系統(tǒng)協(xié)助內(nèi)窺鏡檢查和導(dǎo)管程序，因?yàn)樵撓到y(tǒng)可以“自主”深入“五臟肺腑”。研究人員已將他們的發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《軟機(jī)器人》雜志上。
根據(jù)解剖數(shù)據(jù)構(gòu)建的支氣管樹(shù)的一部分的真人大小的模型。右側(cè)是磁性觸手機(jī)器人的一部分。圖片提供：利茲大學(xué)
概念驗(yàn)證基于實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，涉及從解剖數(shù)據(jù)建模的支氣管樹(shù)的 3D 復(fù)制品。研究的下一階段將調(diào)查該設(shè)備在從尸體上提取的肺部導(dǎo)航中的有效性。
現(xiàn)有技術(shù)的局限
目前，醫(yī)生使用一種稱為支氣管鏡的儀器來(lái)檢查肺部和氣道。該程序包括將直徑約 3.5 至 4 毫米的柔性管狀器械穿過(guò)鼻子或嘴巴并進(jìn)入支氣管通道。
由于它的大小，支氣管鏡只能移動(dòng)到支氣管樹(shù)的上層。
為了深入肺部，將直徑約 2 毫米的導(dǎo)管或細(xì)管穿過(guò)支氣管鏡，然后進(jìn)入較小的肺管。
但是醫(yī)生在如何移動(dòng)支氣管鏡方面受到限制，因此很難將儀器和導(dǎo)管導(dǎo)航到需要的地方。
然而，磁性觸手機(jī)器人已被開(kāi)發(fā)得更具機(jī)動(dòng)性，并使用針對(duì)每個(gè)程序進(jìn)行個(gè)性化的機(jī)器人引導(dǎo)系統(tǒng)。
監(jiān)督這項(xiàng)研究的 STORM 實(shí)驗(yàn)室主任 Pietro Valdastri 教授說(shuō)：“一個(gè)磁性觸手機(jī)器人或?qū)Ч埽涑叽鐬?2 毫米，其形狀可以通過(guò)磁力控制以符合支氣管樹(shù)的解剖結(jié)構(gòu)，可以到達(dá)肺部的大部分區(qū)域，并且將成為調(diào)查和治療可能的肺癌和其他肺部疾病的重要臨床工具。我們的系統(tǒng)使用自主磁導(dǎo)系統(tǒng)，無(wú)需在手術(shù)過(guò)程中對(duì)患者進(jìn)行 X 光檢查?！?/span>
控制外部磁鐵的運(yùn)動(dòng)如何改變磁性觸手機(jī)器人的形狀，使其能夠在一系列障礙物之間移動(dòng)。片來(lái)源：利茲大學(xué)
創(chuàng)新技術(shù)
為了開(kāi)發(fā)機(jī)器人系統(tǒng)，研究團(tuán)隊(duì)必須克服兩個(gè)主要挑戰(zhàn)。
首先，他們必須制造一種小巧、靈活且能夠在支氣管樹(shù)解剖結(jié)構(gòu)曲折中導(dǎo)航的設(shè)備。
其次，他們需要一個(gè)自主系統(tǒng)來(lái)引導(dǎo)磁性觸手機(jī)器人就位，從而無(wú)需醫(yī)生手動(dòng)將儀器操縱到位，這通常涉及患者暴露在 X 射線下，并且在技術(shù)上可能具有挑戰(zhàn)性醫(yī)護(hù)人員。
小而靈活的機(jī)器人
為了在保持運(yùn)動(dòng)可控性的同時(shí)減小機(jī)器人的尺寸，研究人員用一系列相互連接的圓柱形部分制造它，每個(gè)部分直徑為 2 毫米，長(zhǎng)度約為 80 毫米。這些片段由浸漬有微小磁性顆粒的柔軟彈性體或橡膠狀材料制成。
由于磁性粒子的存在，相互連接的片段可以在外部磁場(chǎng)的作用下稍微獨(dú)立地移動(dòng)。結(jié)果是一個(gè)磁性觸手機(jī)器人，它非常靈活，能夠變形，并且足夠小，可以避免卡在肺部的解剖結(jié)構(gòu)上。
引導(dǎo)系統(tǒng)
安裝在患者體外機(jī)械臂上的磁鐵將用于將設(shè)備引導(dǎo)到肺部，該過(guò)程將為每個(gè)程序量身定制。
通過(guò)支氣管樹(shù)的路線是根據(jù)患者肺部的術(shù)前掃描計(jì)劃并編程到機(jī)器人系統(tǒng)中的。當(dāng)患者體外的磁鐵移動(dòng)時(shí)，它們會(huì)對(duì)導(dǎo)管段中的磁性顆粒產(chǎn)生作用力，導(dǎo)致它們改變形狀或方向，從而使機(jī)器人能夠穿過(guò)肺部并到達(dá)可疑病變部位。
到達(dá)目標(biāo)位置后，機(jī)器人將用于采集組織樣本或進(jìn)行治療。
在醫(yī)院環(huán)境中使用“磁觸手”技術(shù)可能需要幾年時(shí)間。
利茲大學(xué)的 STORM 實(shí)驗(yàn)室正在徹底改變內(nèi)窺鏡和導(dǎo)管研究中使用的技術(shù)。
他們創(chuàng)造了一種低成本內(nèi)窺鏡原型，用于檢查上消化道，可用于中低收入國(guó)家，因?yàn)檫@些國(guó)家缺乏昂貴的設(shè)備阻礙了篩查計(jì)劃。
磁性技術(shù)也是機(jī)器人結(jié)腸鏡檢查系統(tǒng)的核心，該系統(tǒng)更便于工作人員操作，對(duì)患者也更友好。
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