Các hình ảnh có sẵn để tải xuống trên trang web của MIT Press Office được cung cấp cho các tổ chức phi thương mại, báo chí và công chúng theo Giấy phép phi thương mại phi thương mại Creative Commons Attribution. Bạn không được thay đổi các hình ảnh được cung cấp, chỉ được cắt chúng thành kích thước phù hợp. Tín dụng phải được sử dụng khi sao chép hình ảnh;nếu không được cung cấp bên dưới, ghi có "MIT" cho hình ảnh.
Các kỹ sư của MIT đã phát triển một rô-bốt giống như sợi dây có thể điều khiển bằng nam châm, có thể chủ động lướt qua những con đường hẹp, ngoằn ngoèo, chẳng hạn như mạch máu mê cung của não.
Trong tương lai, sợi chỉ rô-bốt này có thể được kết hợp với công nghệ nội mạch hiện có, cho phép các bác sĩ điều khiển rô-bốt từ xa xuyên qua các mạch máu não của bệnh nhân để nhanh chóng điều trị tắc nghẽn và tổn thương, chẳng hạn như những trường hợp xảy ra trong chứng phình động mạch và đột quỵ.
“Đột quỵ là nguyên nhân gây tử vong đứng hàng thứ năm và là nguyên nhân gây tàn tật hàng đầu ở Hoa Kỳ.Nếu đột quỵ cấp tính có thể được điều trị trong 90 phút đầu tiên hoặc lâu hơn, khả năng sống sót của bệnh nhân có thể được cải thiện đáng kể,” MIT Mechanical Engineering và Zhao Xuanhe, phó giáo sư kỹ thuật dân dụng và môi trường, cho biết. “Nếu chúng ta có thể thiết kế một thiết bị đảo ngược mạch máu tắc nghẽn trong khoảng thời gian 'chính' này, chúng ta có khả năng tránh được tổn thương não vĩnh viễn.Đó là hy vọng của chúng tôi.”
Zhao và nhóm của anh ấy, bao gồm cả tác giả chính Yoonho Kim, một sinh viên tốt nghiệp Khoa Kỹ thuật Cơ khí của MIT, đã mô tả thiết kế robot mềm của họ hôm nay trên tạp chí Science Robotics. Các đồng tác giả khác của bài báo là sinh viên tốt nghiệp MIT người Đức Alberto Parada và sinh viên đến thăm Shengduo Liu.
Để loại bỏ cục máu đông khỏi não, các bác sĩ thường tiến hành phẫu thuật nội mạch, một thủ thuật xâm lấn tối thiểu trong đó bác sĩ phẫu thuật luồn một sợi chỉ mảnh qua động mạch chính của bệnh nhân, thường là ở chân hoặc háng. Dưới hướng dẫn của đèn huỳnh quang, sử dụng tia X để đồng thời hình ảnh các mạch máu, bác sĩ phẫu thuật sau đó xoay dây theo cách thủ công vào các mạch máu não bị tổn thương. Sau đó, ống thông có thể được luồn dọc theo dây để đưa thuốc hoặc thiết bị lấy cục máu đông đến vùng bị ảnh hưởng.
Kim cho biết, quy trình này có thể đòi hỏi nhiều sức lực về thể chất và yêu cầu các bác sĩ phẫu thuật phải được đào tạo đặc biệt để chịu được việc tiếp xúc với bức xạ lặp đi lặp lại của nội soi huỳnh quang.
“Đó là một kỹ năng đòi hỏi rất cao và đơn giản là không có đủ bác sĩ phẫu thuật để phục vụ bệnh nhân, đặc biệt là ở các vùng ngoại ô hoặc nông thôn,” Kim nói.
Các dây dẫn hướng y tế được sử dụng trong các quy trình như vậy là thụ động, nghĩa là chúng phải được thao tác thủ công và thường được làm bằng lõi hợp kim kim loại và được phủ một lớp polymer, Kim cho biết có thể tạo ra ma sát và làm hỏng niêm mạc mạch máu. không gian hẹp.
Nhóm nghiên cứu nhận ra rằng những phát triển trong phòng thí nghiệm của họ có thể giúp cải thiện các quy trình nội mạch như vậy, cả về thiết kế dây dẫn và giảm sự tiếp xúc của bác sĩ với bất kỳ bức xạ liên quan nào.
Trong vài năm qua, nhóm đã xây dựng kiến ​​thức chuyên môn về hydrogel (vật liệu tương thích sinh học chủ yếu làm từ nước) và in 3D vật liệu truyền động từ tính có thể được thiết kế để bò, nhảy và thậm chí bắt bóng, chỉ bằng cách làm theo hướng dẫn của vật liệu. nam châm.
Trong bài báo mới, các nhà nghiên cứu đã kết hợp nghiên cứu của họ về hydrogel và truyền động từ tính để tạo ra một dây rô-bốt hoặc dây dẫn hướng được bọc hydrogel, có thể định hướng bằng từ tính, mà họ có thể chế tạo đủ mỏng để dẫn các mạch máu bằng từ tính qua các bộ não bản sao silicon có kích thước thật. .
Lõi của dây rô-bốt được làm bằng hợp kim niken-titan, hay còn gọi là “nitinol”, một vật liệu vừa có thể uốn cong vừa có tính đàn hồi. mềm dẻo khi quấn chặt các mạch máu quanh co. Nhóm nghiên cứu đã phủ lõi dây bằng cao su hoặc mực, rồi nhúng các hạt từ tính vào đó.
Cuối cùng, họ sử dụng một quy trình hóa học mà họ đã phát triển trước đó để phủ và liên kết lớp phủ từ tính bằng hydrogel—một vật liệu không ảnh hưởng đến khả năng phản hồi của các hạt từ tính bên dưới, trong khi vẫn mang lại bề mặt nhẵn, không ma sát và tương thích sinh học.
Họ đã chứng minh độ chính xác và khả năng kích hoạt của dây robot bằng cách sử dụng một nam châm lớn (giống như dây của con rối) để dẫn dây qua chướng ngại vật của một vòng nhỏ, gợi nhớ đến một sợi dây luồn qua lỗ kim.
Các nhà nghiên cứu cũng đã thử nghiệm sợi dây này trong một bản sao silicon có kích thước thật của các mạch máu chính của não, bao gồm cả cục máu đông và chứng phình động mạch, mô phỏng hình ảnh chụp CT não của một bệnh nhân thực sự. Nhóm nghiên cứu đã đổ đầy một hộp silicon bằng chất lỏng mô phỏng độ nhớt của máu vào một hộp silicon. , sau đó điều khiển thủ công các nam châm lớn xung quanh mô hình để dẫn đường cho rô-bốt đi qua con đường hẹp quanh co của thùng chứa.
Kim cho biết, các sợi chỉ của rô-bốt có thể được chức năng hóa, nghĩa là chức năng đó có thể được thêm vào—ví dụ: cung cấp thuốc làm giảm cục máu đông hoặc phá vỡ tắc nghẽn bằng tia laser. Để chứng minh điều này, nhóm nghiên cứu đã thay thế lõi nitinol của sợi chỉ bằng sợi quang học và phát hiện ra rằng họ có thể dẫn đường cho robot bằng nam châm và kích hoạt tia laser khi nó đến khu vực mục tiêu.
Khi các nhà nghiên cứu so sánh dây rô-bốt phủ hydrogel với dây rô-bốt không bọc, họ phát hiện ra rằng hydrogel cung cấp cho dây một lợi thế trơn trượt rất cần thiết, cho phép nó lướt qua những không gian chật hẹp hơn mà không bị kẹt. Trong các thủ thuật nội mạch, đặc tính này sẽ là chìa khóa để ngăn ma sát và hư hỏng lớp lót của bình khi sợi chỉ đi qua.
Kyujin Cho, giáo sư kỹ thuật cơ khí tại Đại học Quốc gia Seoul, cho biết: “Một thách thức trong phẫu thuật là có thể đi qua các mạch máu phức tạp trong não có đường kính quá nhỏ mà các ống thông thương mại không thể chạm tới”.“Nghiên cứu này chỉ ra cách vượt qua thách thức này.tiềm năng và cho phép các thủ tục phẫu thuật trong não mà không cần phẫu thuật mở.”
Kim cho biết sợi chỉ rô-bốt mới này bảo vệ các bác sĩ phẫu thuật khỏi bức xạ như thế nào? Dây dẫn có thể định hướng bằng nam châm giúp bác sĩ phẫu thuật không cần phải đẩy dây vào mạch máu của bệnh nhân. Điều này có nghĩa là bác sĩ cũng không cần phải ở gần bệnh nhân và , quan trọng hơn, kính huỳnh quang tạo ra bức xạ.
Trong tương lai gần, ông hình dung phẫu thuật nội mạch kết hợp công nghệ từ tính hiện có, chẳng hạn như các cặp nam châm lớn, cho phép các bác sĩ ở bên ngoài phòng mổ, tránh xa máy soi huỳnh quang chụp ảnh não bệnh nhân hoặc thậm chí ở những vị trí hoàn toàn khác.
Kim cho biết: “Các nền tảng hiện tại có thể áp dụng từ trường cho bệnh nhân và thực hiện soi huỳnh quang, đồng thời bác sĩ có thể điều khiển từ trường bằng cần điều khiển ở một phòng khác hoặc thậm chí ở một thành phố khác”. sử dụng công nghệ hiện có trong bước tiếp theo để kiểm tra sợi rô-bốt của chúng tôi trong cơ thể.”
Tài trợ cho nghiên cứu một phần đến từ Văn phòng Nghiên cứu Hải quân, Viện Công nghệ Nano Người lính của MIT và Quỹ Khoa học Quốc gia (NSF).
Phóng viên Becky Ferreira của tờ Motherboard viết rằng các nhà nghiên cứu của MIT đã phát triển một sợi chỉ rô-bốt có thể được sử dụng để điều trị cục máu đông thần kinh hoặc đột quỵ. Rô-bốt có thể được trang bị thuốc hoặc tia la-de “có thể được chuyển đến các khu vực có vấn đề của não.Loại công nghệ xâm lấn tối thiểu này cũng có thể giúp giảm thiểu thiệt hại do các trường hợp khẩn cấp về thần kinh như đột quỵ.”
Phóng viên Jason Daley của Smithsonian viết: "Trong tương lai, nó có thể di chuyển qua các mạch máu trong não để giúp thông tắc nghẽn," Daly giải thích: "Trong tương lai, nó có thể di chuyển qua các mạch máu trong não để giúp loại bỏ tắc nghẽn."
Phóng viên Darrell Etherington của TechCrunch viết rằng các nhà nghiên cứu MI đã phát triển một sợi chỉ rô-bốt mới có thể được sử dụng để giúp phẫu thuật não ít xâm lấn hơn. Etherington giải thích rằng sợi chỉ rô-bốt mới có thể “giúp việc điều trị các vấn đề về mạch máu não, chẳng hạn như tắc nghẽn và tổn thương có thể dẫn đến chứng phình động mạch và đột quỵ.
Các nhà nghiên cứu của MIT đã phát triển một loại sâu rô-bốt mới được điều khiển bằng từ tính mà một ngày nào đó có thể giúp quá trình phẫu thuật não trở nên ít xâm lấn hơn, Chris Stocker-Walker của New Scientist cho biết. đến mạch máu.”
Phóng viên Andrew Liszewski của Gizmodo viết rằng một công trình robot mới giống như sợi chỉ do các nhà nghiên cứu của MIT phát triển có thể được sử dụng để nhanh chóng loại bỏ tắc nghẽn và cục máu đông gây ra đột quỵ. Liszewski giải thích.