Инженеры-робототехники уделяют внимание сердечным делам

Многопрофильная группа инженеров-робототехников и электронных систем, работающая с кардиологами и материаловедами, разработала медицинский роботизированный аппарат, который использует внешнее магнитное поле для точного и дистанционного управления проводниками через крошечные и извилистые кровеносные сосуды. Команда, возглавляемая исследователями из Института науки и технологий Тэгу Кёнбук (DGIST), сообщила о своих результатах в журнале Advanced Healthcare Materials.


Аппарат после дальнейших испытаний и коммерциализации может свести к минимуму воздействие рентгеновского излучения на врачей при поиске и лечении суженных или закупоренных кровеносных сосудов.

«Сердечно-сосудистые заболевания являются основной причиной смерти во всем мире, и очень важно иметь возможность диагностировать и лечить эти заболевания максимально минимально инвазивным способом», — объясняет инженер робототехники DGIST Хонсу Чой.

В настоящее время чрескожное коронарное вмешательство (ЧКВ) включает введение проводника через большую бедренную артерию в паху или лучевую артерию в запястье и умелое манипулирование им, пока он не достигнет самого большого кровеносного сосуда в организме, аорты. Затем контрастное вещество вводят в аорту, где оно распространяется в коронарные артерии, питающие сердце. Затем делаются рентгеновские снимки, чтобы точно определить любые закупорки, присутствующие в этих артериях. Это вмешательство требует огромного мастерства и может привести к перфорации сосудов. Это также связано с ненужным облучением врача рентгеновским излучением, поскольку процедура проводится у постели больного.

В последние годы исследователи изучают использование роботизированных магнитных систем для улучшения дистанционного управления такого рода процедурами. Но системы, которые были разработаны, часто громоздки и недостаточно быстро реагируют.

Теперь Чой и его команда разработали систему, которая включает в себя дистанционное управление магнитно-управляемым микророботом-проводником с помощью управляемого внешнего магнитного поля. Поле генерируется «электромагнитной исполнительной системой», состоящей из восьми электромагнитов, расположенных в форме полусферы под хирургической кроватью. Пациента укладывают на кровать, проводник вводят в артерию и направляют дистанционно, изменяя магнитное поле. Проводник изготовлен из биосовместимой силиконовой трубки, которая может перемещаться по кровеносным сосудам с очень небольшим поверхностным трением. Наконечник трубки микророботов содержит постоянный магнит из неодима, железа и бора и магнитотвердые композиты для магнитного управления.

Исследователи сначала протестировали систему, используя 2D- и 3D-печатные модели кровеносных сосудов. Затем они протестировали его на анестезированных свиньях, сумев дистанционно управлять проводниками через маленькие и извилистые артерии в тазу, почках и сердце.

«Предлагаемая нами электромагнитно-управляемая микророботизированная интервенционная система (ECMIS) может снизить лучевую нагрузку на врачей, предоставив им возможность проводить процедуру удаленно в защищенной от рентгеновского излучения контрольной кабине с использованием магнитных полей низкой силы», — говорит Чой. «Это также не требует высокого уровня подготовки, необходимого для проведения обычных ЧКВ».

Требуются дополнительные тесты и улучшения, но исследователи уже планируют дальнейшую модификацию своего аппарата, чтобы он также мог воздействовать на сосуды в нервной системе и легких.