Самый маленький в мире биомедицинский робот совершенствует интервенционную диагностику и лечение
Исследователи из Школы инженерии Гонконгского университета науки и технологий (HKUST) успешно разработали самого маленького в мире многофункционального биомедицинского робота, который на 60% меньше существующих моделей.
Робот, способный выполнять визуализацию, высокоточные движения и многофункциональные операции, такие как взятие проб, доставка лекарств и лазерная абляция , обеспечивает конкурентоспособную производительность визуализации и десятикратное улучшение обнаружения препятствий, открывая путь для роботизированных приложений в узких и сложных каналах человеческого тела, таких как конечные бронхи легких и яйцеводы.
С тонким профилем всего 0,95 мм — на 60% меньше, чем у современных эндоскопических роботов — этот робот достиг «невозможной троицы», одновременно интегрировав все три существенные характеристики в одного робота. Он предлагает конкурентоспособную производительность визуализации и увеличивает расстояние обнаружения препятствий до ~9,4 мм, что в десять раз больше теоретических пределов. Он также достигает замечательной точности движения (менее 30 мкм) и существенно расширяет область визуализации примерно в 25 раз по сравнению с собственным обзором.
Исследование опубликовано в журнале Nature Communications .
Разработанный профессором Шеном Яджингом, доцентом кафедры электронной и компьютерной инженерии (ECE), и его командой, крошечный размер робота стал возможным благодаря четырем основным компонентам. К ним относятся оптоволоконная матрица для захвата изображений внутри тела, специальный инструмент для доставки процедур точно туда, где это необходимо, полый скелет для удержания волокон и инструментов на месте и функционализированная кожа, которая позволяет точно контролировать движения робота.
Кредит: Гонконгский университет науки и технологий.
Полый скелет создан с помощью микромасштабного 3D-принтера, а функционализированная кожа производится с помощью технологии магнитного распыления, что помогает роботу сохранять небольшие размеры и позволяет ему легко скользить во время операции. Он также имеет гелеобразный внешний слой, который уменьшает трение. Команда протестировала этого робота в моделях бронхов in vitro и легких свиньи ex vivo, продемонстрировав плавную навигацию в ограниченном пространстве, успешно захватывая четкие изображения и выполняя процедуры в сложных областях.
Профессор Шен сказал, что этот новаторский робот обладает огромным потенциалом для клинического применения. «Небольшие континуальные роботы обещают быть пригодными для интервенционной диагностики и лечения, однако существующие модели часто испытывают трудности с компактностью, точной навигацией и визуализированным функциональным лечением в одном».
«Наше исследование предлагает важное решение для разработки хирургического робота, нацеленного на достижение ранних диагностических и терапевтических целей в труднодоступных областях тела. С учетом постоянного развития технологий мы считаем, что фиброскопический робот внесет больший вклад в здоровье человека в обозримом будущем», — сказал он.
Благодаря своей способности перемещаться по узким полостям, обеспечивая быстрое восстановление и низкий риск инфицирования, малые континуальные роботы использовались при лечении нескольких заболеваний, включая болезни сердца — путем установки стентов и электрофизиологических катетеров — а также для устранения перфораций язв желудка и двенадцатиперстной кишки с использованием однопортовой лапароскопии, среди прочих применений. Основываясь на этом успешном изобретении, исследовательская группа планирует и дальше совершенствовать функции робота, чтобы приспособить их к практическим условиям.
«Мы стремимся к дальнейшей оптимизации конструкции и управления фиброскопическим роботом, уделяя первостепенное внимание безопасности и надежности во время интервенционной хирургии. Мы с нетерпением ждем проведения испытаний in vivo, чтобы продемонстрировать его эффективность в клинических сценариях», — сказал доктор Чжан Тиешань, научный сотрудник HKUST. Он является одним из двух соавторов исследования вместе с доктором Ли Гэном. Другими соавторами из HKUST являются научный сотрудник, доктор Ян Сюн и аспирант Чжао Хаосян, также из отделения ECE.