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

在未來的醫(yī)學(xué)中，微型機(jī)器人將在組織中獨(dú)立導(dǎo)航，醫(yī)療儀器將在手術(shù)過程中指示它們?cè)隗w內(nèi)的位置。兩者都要求醫(yī)生能夠精確、實(shí)時(shí)地定位和控制設(shè)備。

到目前為止，還沒有合適的方法。德國(guó)癌癥研究中心 (DKFZ) 的科學(xué)家現(xiàn)在描述了一種基于振蕩磁鐵的信號(hào)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(jìn)展：在體內(nèi)獨(dú)立移動(dòng)的納米機(jī)器人有望運(yùn)輸藥物、在組織中進(jìn)行測(cè)量或執(zhí)行外科手術(shù)。可以通過肌肉、眼睛玻璃體或血管系統(tǒng)進(jìn)行導(dǎo)航的磁驅(qū)動(dòng)納米機(jī)器人已經(jīng)被開發(fā)出來。

然而，缺乏復(fù)雜的系統(tǒng)來實(shí)時(shí)跟蹤和控制機(jī)器人在身體深處的活動(dòng)。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(shí)間分辨率有限，計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）與輻射暴露有關(guān)，聲波的強(qiáng)散射限制了超聲波的局部分辨率。

將 SMOL 集成到生物醫(yī)學(xué)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(dǎo)的團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在發(fā)明了一種新方法來解決這個(gè)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(jī)械振蕩磁鐵）。外部磁場(chǎng)可以激發(fā)磁體進(jìn)行機(jī)械振動(dòng)。

當(dāng)振蕩再次減弱時(shí)，可以用磁傳感器記錄該信號(hào)。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(yuǎn)距離（超過 10 厘米）、非常精確（小于 1 毫米）和實(shí)時(shí)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(cè)所有六個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，并且信號(hào)質(zhì)量顯著提高。

由于該設(shè)備基于弱磁場(chǎng)，因此對(duì)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(dāng)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(jī)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(biāo)記相結(jié)合以進(jìn)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(dòng)手術(shù)機(jī)器人或增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用提供決定性優(yōu)勢(shì)?！?

“SMOL只需要相對(duì)簡(jiǎn)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(jìn)一步小型化的潛力。由于其精確的空間和時(shí)間分辨率，我們的技術(shù)具有潛力顯著推進(jìn)未來的許多醫(yī)療程序，”當(dāng)前出版物的資深作者邱評(píng)論道。