ภาพที่สามารถดาวน์โหลดได้บนเว็บไซต์ MIT Press Office นั้นมอบให้กับหน่วยงานที่ไม่ใช่เชิงพาณิชย์ สื่อมวลชน และสาธารณชนภายใต้ Creative Commons Attribution Non-Commercial Non-Derivative License คุณต้องไม่แก้ไขรูปภาพที่ให้ไว้ ให้ครอบตัดรูปภาพเหล่านั้นไปที่ ขนาดที่เหมาะสม ต้องใช้เครดิตในการคัดลอกรูปภาพหากไม่ได้ระบุไว้ด้านล่าง ให้เครดิต "MIT" สำหรับรูปภาพ
วิศวกรของ MIT ได้พัฒนาหุ่นยนต์คล้ายลวดบังคับทิศทางด้วยแม่เหล็ก ซึ่งสามารถแล่นผ่านเส้นทางแคบและคดเคี้ยวอย่างแข็งขัน เช่น เส้นเลือดในเขาวงกตของสมอง
ในอนาคต ด้ายหุ่นยนต์นี้อาจรวมเข้ากับเทคโนโลยี endovascular ที่มีอยู่ ช่วยให้แพทย์สามารถนำทางหุ่นยนต์ผ่านหลอดเลือดสมองของผู้ป่วยจากระยะไกลเพื่อรักษาการอุดตันและรอยโรคได้อย่างรวดเร็ว เช่น การเกิดหลอดเลือดโป่งพองและโรคหลอดเลือดสมอง
“โรคหลอดเลือดสมองเป็นสาเหตุอันดับที่ 5 ของการเสียชีวิตและเป็นสาเหตุสำคัญของความพิการในสหรัฐอเมริกาหากสามารถรักษาโรคหลอดเลือดสมองเฉียบพลันได้ภายใน 90 นาทีแรก การรอดชีวิตของผู้ป่วยอาจดีขึ้นอย่างเห็นได้ชัด” MIT Mechanical Engineering และ Zhao Xuanhe รองศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมโยธาและสิ่งแวดล้อมกล่าว “หากเราสามารถออกแบบอุปกรณ์เพื่อย้อนกลับหลอดเลือดได้ การอุดตันในช่วงเวลา 'ไพรม์ไทม์' นี้ เราอาจหลีกเลี่ยงความเสียหายของสมองอย่างถาวรได้นั่นคือความหวังของเรา”
Zhao และทีมงานของเขา ซึ่งรวมถึง Yoonho Kim ผู้เขียนหลัก นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาจากภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกลของ MIT ได้อธิบายถึงการออกแบบหุ่นยนต์ที่อ่อนนุ่มของพวกเขาในวันนี้ในวารสาร Science Robotics ผู้เขียนร่วมคนอื่นๆ ของบทความนี้คือ Alberto Parada นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาจาก MIT ชาวเยอรมัน และนักศึกษาที่มาเยี่ยมเยียน Shengduo หลิว.
เพื่อขจัดลิ่มเลือดออกจากสมอง แพทย์มักจะทำการผ่าตัดสอดสายสวนหลอดเลือด ซึ่งเป็นขั้นตอนที่มีการบุกรุกน้อยที่สุด โดยศัลยแพทย์จะสอดด้ายเส้นเล็กผ่านหลอดเลือดแดงหลักของผู้ป่วย ซึ่งมักจะอยู่ที่ขาหรือขาหนีบ ภาพหลอดเลือด จากนั้นศัลยแพทย์จะหมุนลวดเข้าไปในหลอดเลือดสมองที่เสียหายด้วยตนเอง จากนั้นสายสวนจะถูกส่งไปตามลวดเพื่อส่งยาหรืออุปกรณ์ดึงลิ่มเลือดไปยังบริเวณที่ได้รับผลกระทบ
คิมกล่าวว่าขั้นตอนนี้ต้องใช้ร่างกายมาก และศัลยแพทย์ต้องได้รับการฝึกฝนมาเป็นพิเศษเพื่อให้ทนต่อการได้รับรังสีซ้ำๆ จากการตรวจด้วยกล้องฟลูออโรสโคป
“มันเป็นทักษะที่เรียกร้องมาก และมีศัลยแพทย์ไม่เพียงพอที่จะให้บริการผู้ป่วย โดยเฉพาะในพื้นที่ชานเมืองหรือชนบท” คิมกล่าว
เส้นนำทางการแพทย์ที่ใช้ในขั้นตอนดังกล่าวเป็นแบบพาสซีฟ หมายความว่าต้องจัดการด้วยมือ และมักทำจากแกนโลหะผสมและเคลือบด้วยโพลิเมอร์ ซึ่งคิมกล่าวว่าสามารถสร้างแรงเสียดทานและทำลายเยื่อบุของหลอดเลือดได้ ติดอยู่ชั่วคราวโดยเฉพาะ พื้นที่แน่น
ทีมงานตระหนักดีว่าการพัฒนาในห้องปฏิบัติการของพวกเขาสามารถช่วยปรับปรุงกระบวนการสอดสายสวนหลอดเลือดดังกล่าวได้ ทั้งในการออกแบบเส้นนำทางและในการลดการสัมผัสของแพทย์ต่อรังสีที่เกี่ยวข้อง
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ทีมงานได้สร้างความเชี่ยวชาญในด้านไฮโดรเจล (วัสดุที่เข้ากันได้ทางชีวภาพซึ่งส่วนใหญ่ทำจากน้ำ) และวัสดุที่กระตุ้นด้วยแม่เหล็กจากการพิมพ์ 3 มิติ ซึ่งสามารถออกแบบให้คลาน กระโดด หรือแม้แต่จับลูกบอลได้ เพียงแค่ทำตามทิศทางของ แม่เหล็ก.
ในรายงานฉบับใหม่นี้ นักวิจัยได้รวมงานของพวกเขาเกี่ยวกับไฮโดรเจลและการกระตุ้นด้วยแม่เหล็กเพื่อผลิตลวดหุ่นยนต์หรือลวดนำทางที่เคลือบด้วยไฮโดรเจลที่ควบคุมด้วยแม่เหล็กได้ ซึ่งพวกมันสามารถทำให้บางพอที่จะนำหลอดเลือดแม่เหล็กผ่านสมองจำลองซิลิโคนขนาดเท่าของจริงได้ .
แกนของลวดหุ่นยนต์ทำจากโลหะผสมนิกเกิล-ไททาเนียม หรือ “นิทินอล” ซึ่งเป็นวัสดุที่ทั้งโค้งงอและยืดหยุ่นได้ ลวดนิทินอลจะกลับคืนสู่รูปร่างเดิม ซึ่งแตกต่างจากไม้แขวนเสื้อซึ่งคงรูปร่างไว้เมื่องอ มีความยืดหยุ่นเมื่อพันหลอดเลือดที่แน่นและคดเคี้ยว ทีมงานได้เคลือบแกนของเส้นลวดด้วยน้ำยายางหรือหมึก และฝังอนุภาคแม่เหล็กไว้ในนั้น
สุดท้าย พวกเขาใช้กระบวนการทางเคมีที่พัฒนาขึ้นก่อนหน้านี้เพื่อเคลือบและยึดเกาะแม่เหล็กด้วยไฮโดรเจล ซึ่งเป็นวัสดุที่ไม่ส่งผลต่อการตอบสนองของอนุภาคแม่เหล็กที่อยู่ข้างใต้ ในขณะที่ยังคงให้พื้นผิวที่เรียบ ปราศจากแรงเสียดทาน และเข้ากันได้ทางชีวภาพ
พวกเขาแสดงความแม่นยำและการเปิดใช้งานลวดหุ่นยนต์โดยใช้แม่เหล็กขนาดใหญ่ (เหมือนเชือกของหุ่นเชิด) เพื่อนำทางลวดผ่านสิ่งกีดขวางของห่วงขนาดเล็ก ชวนให้นึกถึงลวดที่ผ่านรูเข็ม
นักวิจัยยังได้ทดสอบเส้นลวดในแบบจำลองซิลิโคนขนาดเท่าของจริงของเส้นเลือดใหญ่ของสมอง ซึ่งรวมถึงลิ่มเลือดและโป่งพอง ซึ่งเลียนแบบการสแกน CT ของสมองของผู้ป่วยจริง ทีมวิจัยเติมภาชนะซิลิโคนด้วยของเหลวที่เลียนแบบความหนืดของเลือด จากนั้นจัดการแม่เหล็กขนาดใหญ่รอบๆ แบบจำลองด้วยตนเองเพื่อนำทางหุ่นยนต์ผ่านทางแคบๆ ที่คดเคี้ยวของคอนเทนเนอร์
คิมกล่าวว่าเส้นใยหุ่นยนต์สามารถทำงานได้ ซึ่งหมายความว่าสามารถเพิ่มฟังก์ชันการทำงานได้ ตัวอย่างเช่น การส่งยาที่ลดการอุดตันของเลือดหรือทำลายการอุดตันด้วยเลเซอร์ ทีมงานได้เปลี่ยนแกนไนทินอลของเธรดด้วยใยแก้วนำแสงและพบว่า พวกเขาสามารถนำทางหุ่นยนต์ด้วยแม่เหล็กและเปิดใช้งานเลเซอร์เมื่อถึงพื้นที่เป้าหมาย
เมื่อนักวิจัยเปรียบเทียบลวดหุ่นยนต์ที่เคลือบด้วยไฮโดรเจลกับลวดหุ่นยนต์ที่ไม่เคลือบผิว พวกเขาพบว่าไฮโดรเจลทำให้ลวดมีความลื่นที่จำเป็นมาก ทำให้มันเลื้อยผ่านพื้นที่แคบๆ ได้โดยไม่ติดขัด ในกระบวนการสอดสายสวนหลอดเลือด คุณสมบัตินี้จะเป็นกุญแจสำคัญในการป้องกันการเสียดสีและความเสียหายต่อเยื่อบุของเรือเมื่อผ่านเกลียว
Kyujin Cho ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมเครื่องกลแห่งมหาวิทยาลัยแห่งชาติโซลกล่าวว่า "ความท้าทายอย่างหนึ่งในการผ่าตัดคือสามารถผ่านหลอดเลือดที่ซับซ้อนในสมองซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กจนสายสวนเชิงพาณิชย์เข้าไม่ถึง"“การศึกษานี้แสดงให้เห็นวิธีเอาชนะความท้าทายนี้ที่มีศักยภาพและสามารถทำการผ่าตัดในสมองโดยไม่ต้องผ่าตัดแบบเปิด”
ด้ายหุ่นยนต์แบบใหม่นี้ปกป้องศัลยแพทย์จากรังสีได้อย่างไร ลวดนำแม่เหล็กบังคับทิศทางได้ทำให้ศัลยแพทย์ไม่จำเป็นต้องดันลวดเข้าไปในหลอดเลือดของผู้ป่วย คิมกล่าว ซึ่งหมายความว่าแพทย์ไม่จำเป็นต้องใกล้ชิดกับผู้ป่วยและ ที่สำคัญกว่านั้นคือฟลูออโรสโคปที่ผลิตรังสี
ในอนาคตอันใกล้นี้ เขามองเห็นภาพการผ่าตัดส่องกล้องโดยใช้เทคโนโลยีแม่เหล็กที่มีอยู่ เช่น คู่ของแม่เหล็กขนาดใหญ่ ทำให้แพทย์สามารถอยู่นอกห้องผ่าตัด ห่างจากกล้องฟลูออโรสโคปที่ถ่ายภาพสมองของผู้ป่วย หรือแม้แต่ในตำแหน่งที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง
“แพลตฟอร์มที่มีอยู่สามารถใช้สนามแม่เหล็กกับผู้ป่วยและทำการส่องกล้องในเวลาเดียวกัน และแพทย์สามารถควบคุมสนามแม่เหล็กด้วยจอยสติ๊กในห้องอื่น หรือแม้แต่ในเมืองอื่น” คิมกล่าว “เราหวังว่าจะ ใช้เทคโนโลยีที่มีอยู่ในขั้นตอนต่อไปเพื่อทดสอบด้ายหุ่นยนต์ในร่างกายของเรา”
เงินทุนสำหรับการวิจัยส่วนหนึ่งมาจาก Office of Naval Research, MIT's Soldier Nanotechnology Institute และ National Science Foundation (NSF)
Becky Ferreira ผู้รายงานเกี่ยวกับเมนบอร์ดเขียนว่านักวิจัยของ MIT ได้พัฒนาเส้นใยหุ่นยนต์ที่สามารถใช้รักษาลิ่มเลือดหรือเส้นเลือดในสมองแตกได้ หุ่นยนต์สามารถติดตั้งยาหรือเลเซอร์ที่ "สามารถส่งไปยังพื้นที่ที่มีปัญหาของสมองได้เทคโนโลยีที่มีการบุกรุกน้อยที่สุดประเภทนี้อาจช่วยลดความเสียหายจากภาวะฉุกเฉินทางระบบประสาท เช่น โรคหลอดเลือดสมอง”
นักวิจัยของ MIT ได้สร้างหัวข้อใหม่ของหุ่นยนต์แมกนีตรอนที่สามารถเคลื่อนที่ผ่านสมองของมนุษย์ Jason Daley นักข่าวของ Smithsonian เขียน "ในอนาคต หุ่นยนต์นี้สามารถเดินทางผ่านหลอดเลือดในสมองเพื่อช่วยล้างการอุดตัน" Daly อธิบาย
Darrell Etherington นักข่าวของ TechCrunch เขียนว่านักวิจัยของ MI ได้พัฒนาด้ายหุ่นยนต์ใหม่ที่สามารถใช้เพื่อทำให้การผ่าตัดสมองไม่รุกราน Etherington อธิบายว่าด้ายหุ่นยนต์ใหม่สามารถ "อาจทำให้การรักษาปัญหาหลอดเลือดสมองเช่นการอุดตันและการเข้าถึงได้ง่ายขึ้น รอยโรคที่อาจนำไปสู่การโป่งพองและโรคหลอดเลือดสมอง”
นักวิจัยของ MIT ได้พัฒนาหนอนหุ่นยนต์ที่ควบคุมด้วยแม่เหล็กตัวใหม่ ซึ่งสักวันหนึ่งอาจช่วยให้การผ่าตัดสมองมีการบุกรุกน้อยลง รายงานโดย Chris Stocker-Walker จาก New Scientist เมื่อทดสอบกับแบบจำลองซิลิกอนของสมองมนุษย์ ถึงเส้นเลือด”
Andrew Liszewski นักข่าวของ Gizmodo เขียนว่างานหุ่นยนต์แบบด้ายใหม่ที่พัฒนาโดยนักวิจัยของ MIT สามารถใช้เพื่อล้างการอุดตันและลิ่มเลือดที่ก่อให้เกิดโรคหลอดเลือดสมองได้อย่างรวดเร็ว” หุ่นยนต์ไม่เพียงทำให้การผ่าตัดหลังหลอดเลือดสมองเร็วขึ้นและเร็วขึ้นเท่านั้น แต่ยังช่วยลดการสัมผัสรังสี ที่ศัลยแพทย์มักจะต้องทน” Liszewski อธิบาย