Hôm nay, khoa Học Công nghệ thông tin đã đăng tải một bài viết mới về một công cụ robot mềm mới trong phẫu thuật động mạch nội soi. Công cụ robot mềm này có thể cung cấp “mắt” mới trong phẫu thuật động mạch nội soi, giúp quan sát chi tiết cấu trúc tắc nghẽn của các mạch máu và truyền tải thông tin thời gian thực về tình trạng dị hình cho các bác sĩ. Công cụ này sẽ mang lại tiềm năng tiến xa hơn trong việc phát hiện và điều trị các bệnh về mạch máu một cách hiệu quả.
Trên thực tế, các phương pháp siêu âm nội mạch và các thủ thuật mạc nhỏ đang ngày càng tiến bộ, cách mà các bác sĩ chẩn đoán và điều trị các bệnh đã thay đổi đáng kể. Tuy nhiên, các phương pháp hiện tại thường gặp khó khăn trong việc phát hiện chính xác các đặc điểm cấu trúc nhỏ về bệnh lý mạch máu, như những gì được nhìn thấy từ bên trong các mạch máu bị tắc nghẽn, do những hạn chế như sự lan truyền không đồng đều của chất tương phản và khó khăn trong việc tiếp cận các mạch máu bị tắc nghẽn một cách an toàn. Những hạn chế này có thể gây trễ trong việc can thiệp và điều trị nhanh chóng cho bệnh nhân.
Do đó, các nhà khoa học tại Viện Max Planck về Hệ thống Thông minh ở Stuttgart đã nghiên cứu vấn đề này. Họ đã áp dụng các khái niệm về robot mềm và quy trình gia công vi mô để phát triển một công cụ từ tính mềm nhỏ gọn giống cá lóc. Công cụ này sẽ có khả năng giúp nhìn thấy các chi tiết hình thái tinh tế của các tắc nghẽn mạch máu bộ phận như hẹp mạch và mạch cong, ngay cả trong những mạch máu nhỏ và quanh co. Ngoài ra, công cụ cũng có thể đi qua các tắc nghẽn nặng như tắc nghẽn toàn bộ mãn tính. Công cụ này có thể mang lại khả năng nhận thức về các thiết bị y tế phẫu thuật mạch máu nội soi một bước tiến xa hơn.
Khi công cụ đạt đến một tắc nghẽn như một động mạch bị tắc một phần, nó sẽ thực hiện biến dạng theo dạng sóng dựa trên trường từ bên ngoài (còn được gọi là lực từ trường phụ thuộc từ). Sau đó, thân mềm đã được biến dạng sẽ tiếp xúc một cách nhẹ nhàng với cấu trúc tắc nghẽn xung quanh. Cuối cùng, các hình dạng thời gian thực của công cụ khi rút nó ra sẽ “hiển thị” các chi tiết hình thái bên trong mạch máu, từ đó giúp việc giải phóng thuốc tại nơi tắc nghẽn, cũng như kích thước và vị trí các thiết bị y tế như ống mở rộng và bóng đối với việc điều trị tiếp theo.
Khi có một tắc nghẽn nghiêm trọng chỉ có các kênh vi mô nhỏ để máu chảy qua, công cụ có thể sử dụng lực từ máu để dễ dàng trượt qua những kênh hẹp này. Lựa chọn đường đi cho biết cho bác sĩ xem nên tiếp cận từ đâu để tiến hành ca phẫu thuật sau đó.
“Các phương pháp chẩn đoán và điều trị các bệnh hẹp mạch động mạch nội soi như hẹp mạch hoặc tắc nghẽn toàn bộ mãn tính vẫn còn rất hạn chế. Rất khó để phát hiện và vượt qua những vùng này trong mạng lưới mạch máu phức tạp bên trong cơ thể”, ông Yingbo Yan, một nghiên cứu viên khách trong Bộ Phận Trí tuệ Vật lý tại MPI-IS. Ông là tác giả chủ đạo của bài báo “Magnetically-assisted soft milli-tools for occluded lumen morphology detection”, được công bố trong tạp chí Science Advances vào ngày 18 tháng 8 năm 2023. “Chúng tôi hy vọng rằng công cụ robot mềm mới của chúng tôi có thể giúp phát hiện và điều hướng chính xác qua nhiều mạch máu phức tạp và hẹp hơn bên trong cơ thể, và thực hiện các biện pháp điều trị hiệu quả hơn, giảm thiểu nguy cơ tiềm ẩn.”
Công cụ mềm nhỏ gọn này có một đoạn biến dạng từ từ từ công cụ có độ cong 20 mm và một đoạn di chuyển bằng lực chất lượng chất lỏng có chiều dài 5mm. Hồ sơ từ tính của đoạn biến dạng được thiết lập trước bằng cách sử dụng một máy đo từ từ mẫu rung, cung cấp một trường từ từ đồng nhất. Dưới tác động từ ngoại, phần này có thể biến dạng thành dạng hình sin, dễ dàng thích ứng với môi trường xung quanh và biến dạng thành các hình dạng khác nhau. Như vậy, việc giám sát liên tục các thay đổi hình dạng của đoạn biến dạng khi rút nó lại có thể cung cấp thông tin hình thái chi tiết về các tắc nghẽn một phần bên trong mạch máu.
Phần di chuyển bằng lực chất lượng chất lỏng được gia công bằng một chất liệu polymer mềm. Các thanh nhỏ ở hai bên của nó được bẻ cong bằng lực chất lượng từ dòng chảy đến. Như vậy, toàn bộ công cụ được đưa vào khu vực có vận tốc dòng chảy cao nhất. Do đó, việc tìm hiểu vị trí của phần di chuyển bằng lực chất lượng khi tiến vào có thể chỉ ra vị trí và tuyến đường của các kênh vi mô bên trong những tắc nghẽn nghiêm trọng.
“Phát hiện các bệnh về mạch máu ở các vùng mạch tả xích khó tiếp cận như não có thể gặp nhiều thách thức trong thực tế lâm sàng, và công cụ của chúng tôi có thể hoạt động với Stentbot ở chế độ không bị ràng buộc”, ông Tianlu Wang, một bác sĩ sau đại học trong Bộ phận Trí tuệ Vật lý tại MPI-IS và một tác giả đầu tiên khác của công trình, cho biết. “Stentbot là một robot không dây được sử dụng để vận hành và chức năng y tế trong mạch máu tả xích đã được chúng tôi mới đây phát triển trong nhóm nghiên cứu của chúng tôi. Chúng tôi tin rằng công cụ robot mềm mới này có thể mang đến những khả năng mới cho các robot không dây và đóng góp các giải pháp
Nguồn: https://techtoday.co/soft-robotic-tool-provides-new-eyes-in-endovascular-surgery/
Scientists at the Max Planck Institute for Intelligent Systems in Stuttgart have developed a soft robotic tool that promises to one day transform minimally invasive endovascular surgery. The two-part magnetic tool can help to visualise in real time the fine morphological details of partial vascular blockages such as stenoses, even in the narrowest and most curved vessels. It can also find its way through severe blockages such as chronic total occlusions. This tool could one day take the perception of endovascular medical devices a step further.
Intravascular imaging techniques and microcatheter procedures are becoming ever more advanced, revolutionizing the diagnosis and treatment of many diseases. However, current methods often fail to accurately detect the fine features of vascular disease, such as those seen from within occluded vessels, due to limitations such as uneven contrast agent diffusion and difficulty in safely accessing occluded vessels. Such limitations can delay rapid intervention and treatment of a patient.
Scientists at the Max Planck Institute for Intelligent Systems in Stuttgart have looked at this problem. They have leveraged the concepts of soft robotics and microfabrication to develop a miniature soft magnetic tool that looks like a very slim eel. This tool may one day take the perception capabilities of endovascular devices one step further. In a paper and in a video, the team shows how the tool, which is propelled forward by the blood flow, travels through the narrowest artificial vessels – whether there is a sharp bend, curve, or obstacle.
When the tool reaches an occlusion like a partially blocked artery, it performs a wave-like deformation given the external magnetic field (more on that below). Then, the deformed soft body will be gently in contact with the surrounding occluded structures. Lastly, the real-time shapes of the device when we retract it will ‘visualize’ the morphological details inside the vessel, which facilitates the drug release at occlusion, as well as the sizing and placement of medical devices like stents and balloons for following treatment.
When there is a severe occlusion with only tiny microchannels for the blood to flow through, the tool can utilize the force from the blood to easily slide through these narrow channels. Which way was chosen indicates to the surgeon which access route to take for the following medical operation.
“The methods of diagnosing and treating endovascular narrow diseases such as vascular stenosis or chronic total occlusion are still very limited. It is difficult to accurately detect and cross these areas in the very complex network of vessels inside the body”, says Yingbo Yan, who is a guest researcher in the Physical Intelligence Department at MPI-IS. He is the first author of the paper “Magnetically-assisted soft milli-tools for occluded lumen morphology detection”, which was published in Science Advances on August 18, 2023. “We hope that our new soft robotic tool can one day help accurately detect and navigate through the many complex and narrow vessels inside a body, and perform treatments more effectively, reducing potential risks.”
This tiny and soft tool has a 20 mm long magnetic Active Deformation Segment (ADS) and a 5mm long Fluid Drag-driven Segment (FDS). The magnetization profile of ADS is pre-programmed with a vibrating-sample magnetometer, providing a uniform magnetic field. Under an external magnetic field, this part can deform into a sinusoidal shape, easily adapting to the surrounding environment and deforming into various shapes. Thus, continuous monitoring of the shape changes of ADS while retracting it can provide detailed morphological information of the partial occlusions inside a vessel.
The FDS was fabricated using a soft polymer. Small beams on its side are bent by the fluidic drag from the incoming flow. In this way, the entire tool is carried towards the area with the highest flow velocity. Therefore, learning the location of the FDS while advancing it can point to the location and the route of the microchannel inside the severe occlusions.
“Detection of vascular diseases in the distal and hard-to-reach vascular regions such as the brain can be more challenging clinically, and our tool could work with Stentbot in the untethered mode”, says Tianlu Wang, a postdoc in the Physical Intelligence Department at MPI-IS and another first author of the work. “Stentbot is a wireless robot used for locomotion and medical functions in the distal vasculature we recently developed in our research group. We believe this new soft robotic tool can add new capabilities to wireless robots and contribute new solutions in these challenging regions.”
“Our tool shows potential to greatly improve minimally invasive medicine. This technology can reach and detect areas that were previously difficult to access. We expect that our robot can help make the diagnosis and treatment of, for instance, stenosis or a CTO more precise and timelier”, says Metin Sitti, Director of the Physical Intelligence Department at MPI-IS, Professor at Koç University and ETH Zurich.
Max Planck Institute for Intelligent Systems
‘s goal is to investigate and understand the organizing principles of intelligent systems and the underlying perception-action-learning loop.
[ad_2]
