Egy olyan kicsi robot, amely lehetővé teszi a tüdő feltérképezését

Mérnökök és tudósok megnyitották az utat egy olyan robot előtt, amely képes elérni a tüdő legkisebb hörgőcsöveit is – szövetminták vételére vagy rákterápiás kezelésre. A mágneses csápos robotnak nevezett eszköz átmérője mindössze 2 milliméter, ami körülbelül kétszer akkora, mint egy golyóstoll hegye. A mágneses csáprobotot a páciens külsején lévő mágnesek segítségével vezetik a helyére.

Az eszközt a leedsi STORM Lab mérnökökből, tudósokból és klinikusokból álló csapata fejlesztette ki, amely úttörő szerepet játszik a robotrendszerek használatában az endoszkópia és a katéteres eljárások segítésére, ahol egy finom csövet vezetnek be a testbe.

A kutatók eredményeiket a Soft Robotics című folyóiratban tették közzé.

Az általuk kifejlesztett koncepció bizonyítása olyan laboratóriumi vizsgálatokon alapult, amelyekben egy hörgőfa 3D-s másolatát modellezték anatómiai adatokból. A kutatás következő fázisában azt vizsgálják, hogy az eszköz mennyire hatékony a holttestből vett tüdőben való navigálásban.

A meglévő technológia korlátai

Jelenleg az orvosok a tüdő és a légutak vizsgálatához egy bronchoszkópnak nevezett műszert használnak. Az eljárás során egy hajlékony, körülbelül 3,5-4 milliméter átmérőjű, csőszerű eszközt vezetnek át az orron vagy a szájon keresztül a hörgőkbe.

Mérete miatt a bronchoszkóp csak a hörgőállomány felső szintjéig juthat el.
A tüdő mélyebbre hatolásához egy katétert vagy finom – körülbelül 2 milliméter átmérőjű – csövet vezetnek át a bronchoszkópon, majd tovább és a tüdő kisebb csöveibe. Az orvosok azonban csak korlátozottan tudják mozgatni a bronchoszkópot, ami megnehezíti, hogy a műszert és a katétert oda navigálják, ahol szükség van rájuk.

A mágneses csápos robotot azonban úgy fejlesztették ki, hogy sokkal jobban manőverezhető legyen, és olyan robotvezérlő rendszert használ, amelyet minden egyes eljáráshoz személyre szabottan alakítanak ki.

Pietro Valdastri professzor, a STORM Lab igazgatója, aki a kutatást felügyelte, elmondta: „Egy 2 milliméteres mágneses csápos robot vagy katéter, amelynek alakja mágnesesen vezérelhető, hogy igazodjon a hörgőfa anatómiájához, a tüdő legtöbb területét elérheti, és fontos klinikai eszköz lenne az esetleges tüdőrák és más tüdőbetegségek kivizsgálásában és kezelésében.

„Rendszerünk autonóm mágneses irányítórendszert használ, amely megszünteti annak szükségességét, hogy a pácienseket röntgenfelvételen vizsgálják az eljárás elvégzése közben”.

Innovatív technológia

A robotrendszer kifejlesztéséhez a kutatócsoportnak két nagy kihívást kellett leküzdenie. Először is olyan eszközt kellett készíteniük, amely kicsi, rugalmas és képes a hörgőfa anatómiájának kanyarulatai között navigálni.

Másodszor, egy autonóm rendszerre volt szükségük, amely a mágneses csápos robotot a megfelelő helyre irányítja, így nem volt szükség arra, hogy az orvos kézzel manőverezze a műszert a kívánt helyre, ami gyakran azzal jár, hogy a páciens röntgensugárzásnak van kitéve, és az orvosi személyzet számára technikailag kihívást jelenthet.

Kicsi és rugalmas robot

A robot méretének csökkentése érdekében, a mozgás irányíthatóságának megőrzése mellett, a kutatók egymáshoz kapcsolódó, egyenként 2 milliméter átmérőjű és körülbelül 80 milliméter hosszú hengeres szegmensekből állították elő. A szegmensek puha elasztomer vagy gumiszerű anyagból készültek, amelyet apró mágneses részecskékkel impregnáltak.

A mágneses részecskék jelenléte miatt az összekapcsolt szegmensek külső mágneses tér hatására némileg függetlenül mozognak. Az eredmény egy olyan mágneses csápos robot, amely rendkívül rugalmas, képes az alakváltoztatásra, és elég kicsi ahhoz, hogy ne akadjon bele a tüdő anatómiai struktúráiba.

Irányítási rendszer

A páciens külső oldalán lévő robotkarokra szerelt mágnesek segítségével irányítják a készüléket egy olyan folyamatban, amelyet minden egyes eljáráshoz testre szabnának.

A hörgőfán átvezető útvonalat a páciens tüdejének műtét előtti szkennelése alapján tervezik meg, és programozzák be a robotrendszerbe. Ahogy a páciensen kívüli mágnesek mozognak, a katéter szegmenseiben lévő mágneses részecskékre erőket fejtenek ki, amelyek hatására azok alakot vagy irányt változtatnak – így a robotot a tüdőn keresztül a gyanús elváltozás helyére lehet manőverezni.

Külső mágnesek manőverezik a mágneses csápos robotot egy sor akadály mellett. A videót ötszörösére felgyorsítva láthatjuk.

A célhelyre érve a robotot szövetminta vételére vagy kezelésre használják.

Dr. Cecilia Pompili, a Leeds Teaching Hospitals NHS Trust kutatója és mellkassebésze, a kutatócsoport tagja elmondta: „Ez az új technológia lehetővé teszi a tüdőrák megbízhatóbb és biztonságosabb diagnosztizálását és kezelését, mivel a műszereket a tüdő perifériáján irányítja, további röntgensugarak használata nélkül.”
Több évbe is beletelhet, mire a „mágneses csáp” technológia kórházi környezetben is elérhetővé válik.

A Leedsi Egyetemen működő STORM-labor forradalmasítja az endoszkópos és katéteres vizsgálatok során alkalmazott technológiát.

Megalkották egy olcsó endoszkóp prototípusát – amelyet a felső tápcsatorna vizsgálatára használnak -, és amelyet az alacsony és közepes jövedelmű országokban lehetne használni, ahol a drága berendezésekhez való hozzáférés hiánya akadályozza a szűrőprogramokat.

A mágneses technológia áll egy robotikus kolonoszkópiás rendszer középpontjában is, amely a személyzet számára könnyebben kezelhető és a betegek számára kíméletesebb.

(forrás)