รูปภาพที่มีให้ดาวน์โหลดบนเว็บไซต์ MIT Press Office นั้นมอบให้กับหน่วยงานที่ไม่ใช่เชิงพาณิชย์ สื่อมวลชน และบุคคลทั่วไปภายใต้ Creative Commons Attribution Non-Commercial Non-Derivative License คุณต้องไม่แก้ไขรูปภาพที่ให้มา เพียงครอบตัดรูปภาพให้เป็น ขนาดที่เหมาะสม ต้องใช้เครดิตในการคัดลอกภาพหากไม่ได้ระบุไว้ด้านล่าง ให้เครดิต “MIT” สำหรับรูปภาพ
วิศวกรของ MIT ได้พัฒนาหุ่นยนต์คล้ายลวดที่บังคับทิศทางด้วยแม่เหล็กได้ ซึ่งสามารถเหินผ่านเส้นทางแคบและคดเคี้ยว เช่น หลอดเลือดเขาวงกตของสมอง
ในอนาคต เส้นด้ายสำหรับหุ่นยนต์นี้อาจใช้ร่วมกับเทคโนโลยีการสอดสายสวนที่มีอยู่ ซึ่งช่วยให้แพทย์สามารถนำทางหุ่นยนต์จากระยะไกลผ่านหลอดเลือดสมองของผู้ป่วย เพื่อรักษาการอุดตันและรอยโรคได้อย่างรวดเร็ว เช่น ที่เกิดขึ้นในหลอดเลือดโป่งพองและหลอดเลือดในสมองแตก
“โรคหลอดเลือดสมองเป็นสาเหตุอันดับที่ห้าของการเสียชีวิตและเป็นสาเหตุหลักของความพิการในสหรัฐอเมริกาหากสามารถรักษาโรคหลอดเลือดสมองตีบเฉียบพลันได้ภายใน 90 นาทีแรก อัตรารอดชีวิตของผู้ป่วยอาจดีขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ” MIT Mechanical Engineering และ Zhao Xuanhe รองศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมโยธาและสิ่งแวดล้อมกล่าว “หากเราสามารถออกแบบอุปกรณ์เพื่อย้อนกลับหลอดเลือดได้ การอุดตันในช่วง 'ช่วงเวลาสำคัญ' นี้ เราอาจหลีกเลี่ยงความเสียหายของสมองถาวรได้นั่นคือความหวังของเรา”
Zhao และทีมงานของเขา รวมถึงผู้เขียนนำ Yoonho Kim นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาในภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกลของ MIT กล่าวถึงการออกแบบหุ่นยนต์อ่อนของพวกเขาในวันนี้ในวารสาร Science Robotics ผู้ร่วมเขียนรายงานคนอื่นๆ ได้แก่ นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาของ MIT German Alberto Parada และนักศึกษารับเชิญ เฉิงตู หลิว.
ในการกำจัดลิ่มเลือดออกจากสมอง แพทย์มักจะทำการผ่าตัดผ่านหลอดเลือด ซึ่งเป็นขั้นตอนที่มีการบุกรุกน้อยที่สุด โดยศัลยแพทย์จะสอดด้ายบางๆ เข้าไปในหลอดเลือดแดงหลักของคนไข้ โดยปกติจะอยู่ที่ขาหรือขาหนีบ ภายใต้การแนะนำของฟลูออโรสโคป ซึ่งใช้รังสีเอกซ์เพื่อดำเนินการไปพร้อมๆ กัน ถ่ายภาพหลอดเลือด ศัลยแพทย์จึงหมุนเส้นลวดขึ้นไปยังหลอดเลือดสมองที่เสียหายด้วยตนเอง จากนั้นสายสวนสามารถส่งผ่านไปตามเส้นลวดเพื่อนำยาหรืออุปกรณ์ดึงลิ่มเลือดไปยังบริเวณที่ได้รับผลกระทบ
คิมกล่าวว่าขั้นตอนดังกล่าวอาจต้องใช้ความพยายามอย่างมาก และกำหนดให้ศัลยแพทย์ต้องได้รับการฝึกอบรมเป็นพิเศษเพื่อให้สามารถทนต่อการฉายรังสีซ้ำๆ จากการส่องกล้องด้วยรังสีได้
“มันเป็นทักษะที่มีความต้องการสูงมาก และไม่มีศัลยแพทย์เพียงพอที่จะให้บริการผู้ป่วย โดยเฉพาะในพื้นที่ชานเมืองหรือชนบท” คิมกล่าว
ลวดนำทางทางการแพทย์ที่ใช้ในขั้นตอนดังกล่าวเป็นแบบพาสซีฟ ซึ่งหมายความว่าจะต้องจัดการด้วยมือ และมักทำจากแกนโลหะผสมและเคลือบด้วยโพลีเมอร์ ซึ่งคิมกล่าวว่าสามารถสร้างการเสียดสีและทำลายเยื่อบุของหลอดเลือดได้ ติดอยู่ในนั้นชั่วคราว พื้นที่แคบ
ทีมงานตระหนักว่าการพัฒนาในห้องปฏิบัติการสามารถช่วยปรับปรุงขั้นตอนการสอดสายสวนได้ ทั้งในการออกแบบลวดนำและในการลดความเสี่ยงของแพทย์ต่อรังสีที่เกี่ยวข้อง
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ทีมงานได้สั่งสมความเชี่ยวชาญในด้านไฮโดรเจล (วัสดุที่เข้ากันได้ทางชีวภาพซึ่งส่วนใหญ่ทำจากน้ำ) และวัสดุที่กระตุ้นด้วยแม่เหล็กด้วยการพิมพ์ 3 มิติ ซึ่งสามารถออกแบบให้คลาน กระโดด และแม้กระทั่งจับลูกบอล เพียงแค่ปฏิบัติตามทิศทางของ แม่เหล็ก.
ในรายงานฉบับใหม่ นักวิจัยได้รวมงานของพวกเขาเกี่ยวกับไฮโดรเจลและการกระตุ้นด้วยแม่เหล็กเพื่อสร้างลวดหุ่นยนต์หรือลวดนำทางที่เคลือบด้วยไฮโดรเจลซึ่งบังคับทิศทางด้วยแม่เหล็กได้ ซึ่งพวกเขาสามารถทำให้บางพอที่จะนำทางหลอดเลือดด้วยแม่เหล็กผ่านสมองจำลองซิลิโคนขนาดเท่าจริง .
แกนกลางของลวดหุ่นยนต์ทำจากโลหะผสมนิกเกิล-ไททาเนียม หรือ "นิทินอล" ซึ่งเป็นวัสดุที่โค้งงอได้และยืดหยุ่นได้ ลวดนิทินอลจะกลับคืนสู่รูปทรงเดิม แตกต่างจากไม้แขวนเสื้อที่คงรูปร่างไว้เมื่องอ มีความยืดหยุ่นในการพันหลอดเลือดที่พันแน่นและคดเคี้ยว ทีมงานเคลือบแกนลวดด้วยกาวยางหรือหมึก และฝังอนุภาคแม่เหล็กไว้ด้านใน
ในที่สุด พวกเขาใช้กระบวนการทางเคมีที่พวกเขาพัฒนาขึ้นก่อนหน้านี้เพื่อเคลือบและยึดติดแผ่นแม่เหล็กด้วยไฮโดรเจล ซึ่งเป็นวัสดุที่ไม่ส่งผลกระทบต่อการตอบสนองของอนุภาคแม่เหล็กที่อยู่ด้านล่าง ในขณะที่ยังคงให้พื้นผิวที่เรียบ ปราศจากแรงเสียดทาน และเข้ากันได้ทางชีวภาพ
พวกเขาสาธิตความแม่นยำและการกระตุ้นการทำงานของลวดหุ่นยนต์โดยใช้แม่เหล็กขนาดใหญ่ (เหมือนกับเชือกหุ่นเชิด) เพื่อนำทางลวดผ่านเส้นทางสิ่งกีดขวางที่เป็นวงเล็ก ๆ ซึ่งชวนให้นึกถึงลวดที่ลอดผ่านตาเข็ม
นักวิจัยยังได้ทดสอบเส้นลวดในหลอดเลือดจำลองซิลิโคนขนาดเท่าจริงของหลอดเลือดหลักของสมอง รวมถึงลิ่มเลือดและโป่งพอง ซึ่งเลียนแบบการสแกน CT ของสมองของผู้ป่วยจริง ทีมงานได้เติมของเหลวที่เลียนแบบความหนืดของเลือดลงในภาชนะซิลิโคน จากนั้นจึงควบคุมแม่เหล็กขนาดใหญ่รอบๆ แบบจำลองด้วยตนเองเพื่อนำทางหุ่นยนต์ผ่านเส้นทางแคบที่คดเคี้ยวและแคบของคอนเทนเนอร์
ด้ายหุ่นยนต์สามารถทำงานได้ Kim กล่าว ซึ่งหมายความว่าสามารถเพิ่มฟังก์ชันการทำงานได้ เช่น ส่งยาที่ช่วยลดลิ่มเลือดหรือทำลายการอุดตันด้วยเลเซอร์ เพื่อสาธิตวิธีหลัง ทีมงานได้เปลี่ยนแกนนิทินอลของด้ายด้วยเส้นใยนำแสง และพบว่า พวกเขาสามารถนำทางหุ่นยนต์ด้วยแม่เหล็กและเปิดใช้งานเลเซอร์เมื่อไปถึงพื้นที่เป้าหมาย
เมื่อนักวิจัยเปรียบเทียบลวดหุ่นยนต์ที่เคลือบไฮโดรเจลกับลวดหุ่นยนต์ที่ไม่เคลือบ พวกเขาพบว่าไฮโดรเจลช่วยให้ลวดมีความได้เปรียบในการลื่นที่จำเป็นมาก ทำให้มันเคลื่อนตัวผ่านพื้นที่คับแคบได้โดยไม่เกิดการติดขัด ในขั้นตอนการสอดสายสวน คุณสมบัตินี้จะเป็นกุญแจสำคัญในการป้องกันการเสียดสีและความเสียหายต่อเยื่อบุของภาชนะขณะร้อยด้าย
“ความท้าทายอย่างหนึ่งในการผ่าตัดคือความสามารถในการเคลื่อนที่ผ่านหลอดเลือดที่ซับซ้อนในสมองที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กจนสายสวนเชิงพาณิชย์ไม่สามารถเข้าถึงได้” คยูจิน โช ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมเครื่องกลจากมหาวิทยาลัยแห่งชาติโซลกล่าว“การศึกษาครั้งนี้แสดงให้เห็นว่าจะเอาชนะความท้าทายนี้ได้อย่างไรมีศักยภาพและช่วยให้สามารถทำการผ่าตัดในสมองได้โดยไม่ต้องผ่าตัดแบบเปิด”
เกลียวหุ่นยนต์ตัวใหม่นี้ป้องกันศัลยแพทย์จากรังสีได้อย่างไร ลวดนำที่ควบคุมด้วยแม่เหล็กได้ช่วยลดความจำเป็นที่ศัลยแพทย์ต้องดันลวดเข้าไปในหลอดเลือดของผู้ป่วย คิมกล่าว ซึ่งหมายความว่าแพทย์ไม่จำเป็นต้องอยู่ใกล้ผู้ป่วยและ ที่สำคัญกว่านั้นคือฟลูออโรสโคปที่ผลิตรังสี
ในอนาคตอันใกล้นี้ เขาจินตนาการถึงการผ่าตัดผ่านหลอดเลือดโดยใช้เทคโนโลยีแม่เหล็กที่มีอยู่ เช่น แม่เหล็กขนาดใหญ่คู่หนึ่ง ซึ่งช่วยให้แพทย์อยู่นอกห้องผ่าตัด ห่างจากฟลูออโรสโคปที่ถ่ายภาพสมองของผู้ป่วย หรือแม้แต่ในตำแหน่งที่ต่างกันโดยสิ้นเชิง
“แพลตฟอร์มที่มีอยู่สามารถนำสนามแม่เหล็กไปใช้กับผู้ป่วยและทำการตรวจฟลูออโรสโคปได้ในเวลาเดียวกัน และแพทย์ก็สามารถควบคุมสนามแม่เหล็กด้วยจอยสติ๊กในห้องอื่น หรือแม้แต่ในเมืองอื่นได้” คิมกล่าว “เราหวังว่าจะ ใช้เทคโนโลยีที่มีอยู่ในขั้นตอนถัดไปเพื่อทดสอบหุ่นยนต์ของเราใน vivo”
เงินทุนสำหรับการวิจัยส่วนหนึ่งมาจากสำนักงานวิจัยกองทัพเรือ สถาบันนาโนเทคโนโลยีทหารของ MIT และมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ (NSF)
นักข่าวมาเธอร์บอร์ด เบ็คกี เฟอร์ไรรา เขียนว่านักวิจัยของ MIT ได้พัฒนาด้ายสำหรับหุ่นยนต์ที่สามารถใช้รักษาลิ่มเลือดหรือโรคหลอดเลือดสมองทางระบบประสาทได้ หุ่นยนต์สามารถติดตั้งยาหรือเลเซอร์ที่ "สามารถส่งไปยังบริเวณที่มีปัญหาของสมองได้เทคโนโลยีที่มีการบุกรุกน้อยที่สุดประเภทนี้อาจช่วยลดความเสียหายจากเหตุฉุกเฉินทางระบบประสาท เช่น โรคหลอดเลือดสมอง”
นักวิจัยของ MIT ได้สร้างหุ่นยนต์แมกนีตรอนรูปแบบใหม่ที่สามารถคดเคี้ยวผ่านสมองของมนุษย์ Jason Daley นักข่าวของ Smithsonian เขียนว่า "ในอนาคต หุ่นยนต์สามารถเดินทางผ่านหลอดเลือดในสมองเพื่อช่วยเคลียร์การอุดตัน" Daly อธิบาย
Darrell Etherington นักข่าวของ TechCrunch เขียนว่านักวิจัย MI ได้พัฒนาเธรดสำหรับหุ่นยนต์ใหม่ที่สามารถใช้เพื่อทำให้การผ่าตัดสมองมีการรุกรานน้อยลง Etherington อธิบายว่าเธรดสำหรับหุ่นยนต์แบบใหม่สามารถ “อาจทำให้การรักษาปัญหาหลอดเลือดในสมองง่ายขึ้นและเข้าถึงได้มากขึ้น เช่น การอุดตันและ รอยโรคที่อาจนำไปสู่โป่งพองและโรคหลอดเลือดสมอง”
นักวิจัยของ MIT ได้พัฒนาหนอนหุ่นยนต์ที่ควบคุมด้วยแม่เหล็กตัวใหม่ ซึ่งวันหนึ่งอาจช่วยให้การผ่าตัดสมองรุกรานน้อยลง รายงานของ Chris Stocker-Walker จากนักวิทยาศาสตร์คนใหม่ เมื่อทดสอบกับแบบจำลองซิลิคอนของสมองมนุษย์ “หุ่นยนต์สามารถดิ้นผ่านสิ่งที่ยากต่อ- ไปถึงหลอดเลือด”
นักข่าว Gizmodo Andrew Liszewski เขียนว่างานหุ่นยนต์คล้ายด้ายใหม่ที่พัฒนาโดยนักวิจัยของ MIT สามารถใช้เพื่อล้างการอุดตันและก้อนเลือดที่ทำให้เกิดจังหวะได้อย่างรวดเร็ว” หุ่นยนต์ไม่เพียงแต่ทำให้การผ่าตัดหลังหลอดเลือดสมองเร็วขึ้นและเร็วขึ้นเท่านั้น แต่ยังช่วยลดการสัมผัสรังสีอีกด้วย ที่ศัลยแพทย์มักจะต้องอดทน” ลิซซูฟสกี้อธิบาย