0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

用于机器人化血管栓塞的磁性柔性微纤维机器人研究

MEMS 来源:MEMS 2024-03-04 10:56 次阅读

面对传统栓塞治疗方法在操作手法限制、精确度不足,以及医生长时间暴露于辐射下的健康风险等方面的挑战,磁性微纤维机器人技术的开发提供了一种新的可能性,旨在改善现有的治疗方法。

华中科技大学臧剑锋教授、陶光明教授、上海交通大学的杨广中院士以及中国科学技术大学王柳教授合作,在血管机器人栓塞领域实现了新进展。该团队在Science Robotics上发表了关于磁性微纤维机器人(microfiberbots)技术的研究,题为“Magnetic soft microfiberbots for robotic embolization”(用于机器人化血管栓塞的磁性柔性微纤维机器人),这项技术为治疗脑动脉瘤和脑肿瘤的微创介入方法提供了新的方向。

本文提出使用具有高度操控性、可靠的机动性和多模态形状重重构能力的磁性软微纤维机器人,通过远程、无缆、磁控的方式,在亚毫米区域内执行机器人栓塞。该磁性软微纤维机器人通过将硬磁软复合材料热拉制成百米长的微纤维,所得磁性软纤维的直径可以在20-90μm的超细范围内精确调节。尽管尺寸很小,但这种超细、柔软的磁性纤维保留了其热塑性特性。

随后经过磁化和塑模编程,赋予其螺旋磁性极性。通过控制磁场,磁性软微纤维机器人展示了在流动条件下可逆的延长/聚集形态变换和螺旋推进,允许其通过复杂的血管系统进行可控导航,并在亚毫米区域内执行机器人栓塞。本文在神经血管模型中进行了体外动脉瘤和肿瘤的栓塞,以及在活体兔股动脉模型中进行了实时荧光透视下的机器人导航操控及栓塞。这些实验展示了该工作的潜在临床价值,为未来的机器人辅助栓塞手术方案铺平了道路。

3bb7c7b6-d7e9-11ee-a297-92fbcf53809c.png

图1 用于机器人栓塞的磁性软微纤维机器人。A 微纤维机器人多模态形状重构及机器人栓塞示意图。B 磁性微纤维热拉制、磁化及塑膜编程示意图。C 多种直径的磁性微纤维的照片。D 微纤维机器人的照片。E 微纤维机器人在脑部假体上的实物图。

微纤维机器人展示出类似血管支架的锚定功能,能够通过接触摩擦力稳定地锚定于血管内壁,避免被血流冲走。其螺旋磁化分布(M)为微纤维机器人提供了沿其中心轴线的净磁化方向(Mnet)。通过施加一个与Mnet方向一致的外部磁场B,可以使微纤维机器人伸长;反之,当外部磁场B与Mnet方向相反时,微纤维机器人则会聚集。这种微纤维机器人的柔软性和高鲁棒性确保了其在超过千次的聚集与伸长循环操作后,其形态重构功能仍保持完全可逆。

3bd50556-d7e9-11ee-a297-92fbcf53809c.png

图2 模拟血液流动环境下的形态变换能力和磁性操控性。A 微纤维机器人在锚定、伸长及集聚状态下的实验照片及仿真对应。B 磁场拉伸、原位集聚及螺旋进动磁场操控示意图。C 微纤维机器人在外加磁场下伸长、集聚、螺旋进动及磁性拉伸的多模态磁控示意图。D 微纤维机器人在无外加磁场下原位锚定、外加磁场下逆流、顺流螺旋进动及磁性拉伸、集聚和恢复的照片。

不同于之前报道的磁性软体机器人,微纤维机器人的螺旋磁化方向特性使其变形和运动方式能够独立于控制磁场正交解耦,提供了独特的磁场控制灵活性。这一特性不仅允许单个微纤维机器人在旋转磁场作用下逆血流移动,还能实现多个微纤维机器人的形态和运动的独立控制。此外,这些微纤维机器人还能与常用的介入性导管兼容,以最大化其在临床环境中的应用潜力。

3beab2b6-d7e9-11ee-a297-92fbcf53809c.jpg

图3 微纤维机器人的导管辅助部署。A 微纤维机器人经针管释放的照片。B 微纤维机器人在X光成像引导下经导管部署的多帧图。C 微纤维机器人经导管部署到目标1的导航多帧照片。D 微纤维机器人经导管部署到目标2的导航多帧照片。

本文在离体的多分叉的血管模型充分展示微纤维机器人在亚毫米区域的导航和变形控制能力。为了进一步验证机器人的功能,作者在活体兔股动脉血管模型中展示了微纤维机器人在血管中的运动导航和多模态形状重构。此外栓塞后三周进行的血管造影表明,微纤维机器人已成功促进稳定的血管栓塞,没有再通的迹象。多重集聚的微纤维机器人的存在阻碍了从血管近端到远端的血流,导致动脉内血栓形成。机器人栓塞手术的兔子血细胞数量在三周后仍保持在正常水平。

3c039934-d7e9-11ee-a297-92fbcf53809c.jpg

图4 兔体内血管模型中的多重机器人栓塞应用展示。A 微纤维机器人在磁致动系统操控与X光成像引导下在兔体内股动脉血管模型中的机器人栓塞示意图。B 微创机器人栓塞创口照片。C 对4个目标血管靶点的实时X光成像照片。D 微纤维机器人螺旋进动从靶点1到靶点4的导航过程的X光照片。E 微纤维机器人螺旋进动从靶点4到靶点1的回收过程的X光照片。F 微纤维机器人栓塞后效果及手术21天后的效果验证。G 微纤维机器人多重集聚栓塞照片。H 栓塞血管染色横截面照片。

微纤维机器人的开发为血管栓塞治疗提供了新的视角,并在微创手术治疗技术中展现了应用潜力。这种技术通过精确控制血流阻断,为传统的导管栓塞技术提供了有效的补充或替代方案。尽管这项技术展示了潜力,但其应用于临床的进程仍需克服包括微纤维机器人结构优化、材料的生物相容性以及血管定位和跟踪系统开发等挑战。研究团队正致力于解决这些关键问题,以推进这一技术的应用。

华中科技大学集成电路学院硕士毕业生刘旭睿(现香港中文大学博士生)、中国科学技术大学近代力学系特聘教授王柳及华中科技大学武汉光电国家研究中心博士生向远卓为论文的共同第一作者。华中科技大学臧剑锋教授、陶光明教授和上海交通大学杨广中院士为论文通讯作者。其他主要合作者还包括,华中科技大学附属协和医院肝胆外科主任万赤丹教授,华中科技大学同济医学院附属同济医院心脏内科周宁教授和华中科技大学机械学院尹周平教授等。该研究得到了国家自然科学基金、华中科技大学交叉研究支持计划等项目的资助。

论文链接:
https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.adh2479


审核编辑:刘清
声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 机器人
    +关注

    关注

    210

    文章

    28053

    浏览量

    205735
  • 软体机器人
    +关注

    关注

    1

    文章

    110

    浏览量

    11684

原文标题:用于机器人化血管栓塞的磁性柔性微纤维机器人

文章出处:【微信号:MEMSensor,微信公众号:MEMS】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    医疗机器人有哪些_医疗机器人有哪些应用

    医疗机器人是医用机器人工程的重要应用,结合了各个学科最新研究和发展的成果,并广泛应用于医学诊疗、康复等医学领域。医疗机器人的类型多种多样,以
    的头像 发表于 10-21 15:16 427次阅读

    开源项目!用ESP32做一个可爱的无用机器人

    简介 作者在完成硕士论文答辩后,利用空闲时间制作了一个他一直想做的机器人——可爱无用机器人。 无用机器人原理是一个连接到开关的电机,通过逻辑门控制。当开关被推到“开”时,机器人启动
    发表于 09-03 09:34

    柔性机器人和刚性机器人有什么区别?

    柔性机器人和刚性机器人都是工业机器人的一种,柔性机器人和刚性
    的头像 发表于 08-16 10:17 361次阅读
    <b class='flag-5'>柔性</b><b class='flag-5'>机器人</b>和刚性<b class='flag-5'>机器人</b>有什么区别?

    清华大学:软体机器人柔性传感技术最新研究进展

    清华大学深圳国际研究生院曲钧天助理教授的海洋软体机器人与智能传感实验室(Ocean Soft-Robot and Intelligent Sensing Lab,OASIS-LAB)在软体机器人
    的头像 发表于 08-13 16:28 941次阅读
    清华大学:软体<b class='flag-5'>机器人</b><b class='flag-5'>柔性</b>传感技术最新<b class='flag-5'>研究</b>进展

    柔性机器人与刚性机器人区别与联系

    柔性机器人和刚性机器人在结构、功能、应用场景等方面存在显著的区别,但也有一些联系。以下是它们的主要区别与联系: 区别 1.结构材料 柔性机器人
    的头像 发表于 07-21 15:37 445次阅读
    <b class='flag-5'>柔性</b><b class='flag-5'>机器人</b>与刚性<b class='flag-5'>机器人</b>区别与联系

    ROS让机器人开发更便捷,基于RK3568J+Debian系统发布!

    本帖最后由 Tronlong创龙科技 于 2024-7-19 17:18 编辑 ROS系统是什么 ROS(Robot Operating System)是一个适用于机器人的开源的元操作系统。它
    发表于 07-09 11:38

    Al大模型机器人

    金航标kinghelm萨科slkor总经理宋仕强介绍说,萨科Al大模型机器人有哪些的优势?萨科AI大模型机器人由清华大学毕业的天才少年
    发表于 07-05 08:52

    复合机器人:重塑柔性生产的未来

    和技术创新不断追求的结晶。它集成了机器人柔性与自动化设备的效率,不仅具有高度的集成性、精准的控制能力,还具备稳定可靠的性能,为各行各业的生产线带来了前所未有的变革。
    的头像 发表于 05-29 16:05 318次阅读
    复合<b class='flag-5'>机器人</b>:重塑<b class='flag-5'>柔性</b>生产的未来

    视觉机器人焊接的研究现状

    视觉机器人焊接技术是将计算机视觉与机器人技术相结合,实现自动焊接过程中的实时检测、跟踪和控制。这一领域的研究一直处于不断发展之中,吸引了众多研究人员和工程师的关注。本文将就视觉
    的头像 发表于 04-02 15:34 452次阅读
    视觉<b class='flag-5'>机器人</b>焊接的<b class='flag-5'>研究</b>现状

    高压放大器在介电弹性体折纸术软体机器人中的应用

      实验名称:柔性驱动器的性能测试   研究方向:机器人的发展史已经超过了100年,机器人也逐渐从复杂笨重,功能单一的传统机器人进化为更为智
    发表于 02-27 17:15

    「喜报」迈步机器人荣获机器人应用典型案例奖

    日前,在中国科学院深圳先进技术研究院的指导下,由深圳市机器人协会、《机器人与智能系统》杂志组织的第八届深圳机器人年度评选揭晓榜单。迈步机器人
    的头像 发表于 02-01 17:10 982次阅读
    「喜报」迈步<b class='flag-5'>机器人</b>荣获<b class='flag-5'>机器人</b>应用典型案例奖

    LabVIEW的六轴工业机器人运动控制系统

    。 系统研究与算法开发:首先,项目围绕机器人的数学模型,特别是空间位姿描述和D-H模型展开研究。在此基础上,开发了机器人的运动学正反解算法,使用了雅克比-迭代法等先进技术。此外,还涉及
    发表于 12-21 20:03

    ROS让机器人开发更便捷,基于RK3568J+Debian系统发布!

    ROS系统是什么 ROS(Robot Operating System)是一个适用于机器人的开源的元操作系统。它提供了操作系统应有的服务,包括硬件抽象,底层设备控制,常用函数的实现,进程间消息传递
    发表于 11-30 16:01

    剑指人形机器人赛道,泰科机器人推出重磅关节模组

    泰科机器人几年前就研判人形机器人赛道将会成为热点,决定研发人形机器人适用的关节模组,经过艰苦的技术攻坚,泰科机器人推出了一系列适用于仿生
    的头像 发表于 11-22 11:12 653次阅读
    剑指人形<b class='flag-5'>机器人</b>赛道,泰科<b class='flag-5'>机器人</b>推出重磅关节模组

    人形机器人突进与阻力的较量

    “人形机器人和传统智能化的设备去协作作业,用来解决复杂场景的柔性人化的工厂,这才是未来机器人或者汽车智慧的超级无人工厂。”周剑说。
    发表于 11-14 12:30 286次阅读