Миниатюрных роботов научили достигать нужных точек внутри тела

В медицине будущего крошечные роботы будут самостоятельно перемещаться внутри организма, а медицинские инструменты будут показывать, где именно они находятся во время операции. И то, и другое требует, чтобы врачи могли предельно точно управлять такими устройствами.


До сих пор подходящая технология не существовала. Учёные из Немецкого центра исследований рака (DKFZ) описали подходящий способ передавать сигналы, который может значительно улучшить возможности медицины.

Идея в том, что нанороботы, то есть устройства микроскопических размеров, будут самостоятельно перемещаться в организме пациента, чтобы доставлять в нужные места лекарства, получать данные о тканях или выполнять хирургические процедуры. Созданные в DKFZ нанороботы с магнитным приводом способны перемещаются по мышцам, стекловидному телу глаза или внутри кровеносных сосудов.

Однако нанороботам не хватало систем для отслеживания и контроля за ними внутри тела. Традиционные методы визуализации подходили лишь отчасти. Магнитно-резонансная томография (МРТ) не вполне подходила, так как делать её часто и подолгу не рекомендуется. Компьютерная томография (КТ) связана с радиационным воздействием. А сильное рассеяние звуковых волн ограничивает и возможности ультразвукового исследования (УЗИ).

Исследователи под руководством Тянь Цю из DKFZ нашли решение проблемы. Созданное ими крошечное устройство основано на магнитном генераторе, то есть механически колеблющемся магните, расположенном в корпусе миллиметрового размера. Внешнее магнитное поле может вызывать механическую вибрацию магнита. Когда колебания стихают, сигнал регистрируют магнитные датчики. Основной принцип сравним с ядерным магнитным резонансом в МРТ. Исследователи назвали свой метод «Мелкомасштабной магнитоколебательной локализацией» (SMOL).

SMOL позволяет определять положение и ориентацию небольшого устройства на расстоянии более 10 см с точностью менее 1 мм и в режиме реального времени. В отличие от методов отслеживания, основанных на статических магнитах, SMOL позволяет обнаруживать движения в шести степенях свободы (направлениях) и со значительно более высоким качеством сигнала.

Работа беспроводного устройства основана на очень слабых магнитных полях, а потому оно безопасно для организма. А ещё оно совместимо со многими традиционными устройствами и методами визуализации.



Также возможно сочетание SMOL с капсульными эндоскопами или использование при маркировке опухолей для высокоточной лучевой терапии. Изобретённый метод также позволил бы запустить в эксплуатацию полностью автоматизированную хирургическую робототехнику или создавать приложения дополненной реальности.

Тянь Цю объяснил, что SMOL требует сравнительно простого технического оборудования. Благодаря размерам миллиметрового масштаба изобретение можно интегрировать во многие существующие инструменты. Кроме того, есть потенциал для дальнейшей миниатюризации.