新方法讓微型機器人和手術(shù)器械實現(xiàn)體內(nèi)精確定位

在未來的醫(yī)學中，微型機器人將在組織中獨立導航，醫(yī)療儀器將在手術(shù)過程中指示它們在體內(nèi)的位置。兩者都要求醫(yī)生能夠精確、實時地定位和控制設(shè)備。

到目前為止，還沒有合適的方法。德國癌癥研究中心 (DKFZ) 的科學家現(xiàn)在描述了一種基于振蕩磁鐵的信號發(fā)送方法，可以顯著改善此類醫(yī)療應(yīng)用。

該研究發(fā)表在《npj Robotics》雜志上。

直到最近聽起來還像科幻小說的東西現(xiàn)在已經(jīng)在開發(fā)中取得了很大進展：在體內(nèi)獨立移動的納米機器人有望運輸藥物、在組織中進行測量或執(zhí)行外科手術(shù)?？梢酝ㄟ^肌肉、眼睛玻璃體或血管系統(tǒng)進行導航的磁驅(qū)動納米機器人已經(jīng)被開發(fā)出來。

然而，缺乏復雜的系統(tǒng)來實時跟蹤和控制機器人在身體深處的活動。傳統(tǒng)的成像技術(shù)僅適用于有限的范圍。磁共振成像（MRI）的時間分辨率有限，計算機斷層掃描（CT）與輻射暴露有關(guān)，聲波的強散射限制了超聲波的局部分辨率。

將 SMOL 集成到生物醫(yī)學應(yīng)用。圖片來源：npj Robotics (2024)。 DOI：10.1038/s44182-024-00008-x

來自德累斯頓 DKFZ 工廠的 Tian Qiu 領(lǐng)導的團隊現(xiàn)在發(fā)明了一種新方法來解決這個問題。他們開發(fā)的微型設(shè)備基于磁振蕩器（即位于毫米大小的外殼中的機械振蕩磁鐵）。外部磁場可以激發(fā)磁體進行機械振動。

當振蕩再次減弱時，可以用磁傳感器記錄該信號。其基本原理類似于MRI中的核磁共振。研究人員將該方法稱為“小規(guī)模磁振蕩定位”（SMOL）。

SMOL 允許在遠距離（超過 10 厘米）、非常精確（小于 1 毫米）和實時確定小型設(shè)備的位置和方向。與基于靜態(tài)磁鐵的跟蹤方法相比，SMOL 可以檢測所有六個自由度的運動，并且信號質(zhì)量顯著提高。

由于該設(shè)備基于弱磁場，因此對身體無害、無線且與許多傳統(tǒng)設(shè)備和成像技術(shù)兼容。

SMOL 方法概述。圖片來源：npj Robotics (2024)。 DOI：10.1038/s44182-024-00008-x

“SMOL 方法有許多可能的應(yīng)用，”當前出版物的第一作者 Felix Fischer 說。 “我們已經(jīng)將該系統(tǒng)集成到微型機器人和微創(chuàng)手術(shù)器械中。

“與膠囊內(nèi)窺鏡或腫瘤組織標記相結(jié)合以進行非常精確的放射治療是可以想象的。我們的方法還可以為全自動手術(shù)機器人或增強現(xiàn)實應(yīng)用提供決定性優(yōu)勢?！?

“SMOL只需要相對簡單的技術(shù)設(shè)備。由于其尺寸在毫米范圍內(nèi)，振蕩器可以集成到許多現(xiàn)有儀器中，并且仍有進一步小型化的潛力。由于其精確的空間和時間分辨率，我們的技術(shù)具有潛力顯著推進未來的許多醫(yī)療程序，”當前出版物的資深作者邱評論道。