Магнитные медицинские роботы используют градиенты магнитного поля для управления подвижностью устройств и, в конечном итоге, для доступа с высокой точностью к целевым тканям внутри тела. Эти магнитные роботы могут иметь форму катетеров, микро- или нанороботов и управляются магнитными навигационными системами. В последнее время было сделано несколько разработок в области магнитных роботов, открывших новые возможности для диагностического и терапевтического использования в клинике. В Science Robotics представлены результаты исследований по использованию ряда магнитных роботов для различных медицинских применений.
Лечение таких состояний, как острый ишемический инсульт, требует минимально инвазивных методов доступа к кровеносным сосудам головного мозга. Однако ориентироваться в извилистой сети судов непросто. Дрейфус и др. разработали высоко маневренного спирального континуального робота с магнитным управлением, который был способен перемещаться от дуги аорты до артерий головы миллиметрового размера in vivo.
Аневризмы могут вызвать долговременное истощение и в настоящее время лечатся эмболизацией. Однако некоторые методы эмболизации могут оказаться непригодными для эффективной блокировки аневризмы. Соответственно, Лю и др. разработали магнитные мягкие микрофиберботы, которые были способны контролировать навигацию по сосудистой сети и реконфигурировать форму для выполнения эмболизации кровеносных сосудов in vivo.
Хотя эффективное использование магнитного поля для навигации магнитных роботов возможно в конечностях, голове или поверхностных органах, более глубокие органы человеческого тела могут быть недоступны из-за уменьшения градиентов магнитного поля с увеличением расстояния от привода. В таких случаях эффекты гравитации и силы сопротивления потока крови могут преобладать над силой слабого поля при управлении подвижностью магнитных микророботов. Ли и др. разработали алгоритм, который может предсказать оптимальное положение пациента относительно силы тяжести для эффективной эндоваскулярной навигации микророботов в печень через печеночные артерии. Они повысили эффективность доставки in vivo, объединив клиническую систему МРТ для управления навигацией микророботов с алгоритмом, определяющим, как использовать силы гравитации.
Отслеживание микророботов внутри кровеносных сосудов является сложной задачей, особенно когда требуется точная доставка к целевым органам. Некоторые современные методы визуализации не являются оптимальными для отслеживания микро/нанороботов в течение длительных периодов в режиме реального времени. Ван и др. разработали метод, который основан на лазерной спекл-контрастной визуализации для отслеживания роя магнитных наночастиц в кровеносных сосудах как в застойных, так и в текучих условиях в реальном времени ex vivo и in vivo без необходимости использования химических контрастных веществ. Эти исследования демонстрируют потенциал магнитных роботов для различных случаев использования. Они также подчеркивают, как можно использовать различные методы для повышения эффективности и визуализации магнитных роботов, предлагая новые минимально инвазивные методы для эффективной доставки в целевые ткани.
Источник: ScienceRbotics