新方法讓微型機器人和手術器械實現(xiàn)體內精確定位

在未來的醫(yī)學中，微型機器人將在組織中獨立導航，醫(yī)療儀器將在手術過程中指示它們在體內的位置。兩者都要求醫(yī)生能夠精確、實時地定位和控制設備。

到目前為止，還沒有合適的方法。德國癌癥研究中心 (DKFZ) 的科學家現(xiàn)在描述了一種基于振蕩磁鐵的信號發(fā)送方法，可以顯著改善此類醫(yī)療應用。

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)中取得了很大進展：在體內獨立移動的納米機器人有望運輸藥物、在組織中進行測量或執(zhí)行外科手術。可以通過肌肉、眼睛玻璃體或血管系統(tǒng)進行導航的磁驅動納米機器人已經(jīng)被開發(fā)出來。

然而，缺乏復雜的系統(tǒng)來實時跟蹤和控制機器人在身體深處的活動。傳統(tǒng)的成像技術僅適用于有限的范圍。磁共振成像（MRI）的時間分辨率有限，計算機斷層掃描（CT）與輻射暴露有關，聲波的強散射限制了超聲波的局部分辨率。

將 SMOL 集成到生物醫(yī)學應用。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 領導的團隊現(xiàn)在發(fā)明了一種新方法來解決這個問題。他們開發(fā)的微型設備基于磁振蕩器（即位于毫米大小的外殼中的機械振蕩磁鐵）。外部磁場可以激發(fā)磁體進行機械振動。

當振蕩再次減弱時，可以用磁傳感器記錄該信號。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 允許在遠距離（超過 10 厘米）、非常精確（小于 1 毫米）和實時確定小型設備的位置和方向。與基于靜態(tài)磁鐵的跟蹤方法相比，SMOL 可以檢測所有六個自由度的運動，并且信號質量顯著提高。

由于該設備基于弱磁場，因此對身體無害、無線且與許多傳統(tǒng)設備和成像技術兼容。

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用，”當前出版物的第一作者 Felix Fischer 說。 “我們已經(jīng)將該系統(tǒng)集成到微型機器人和微創(chuàng)手術器械中。

“與膠囊內窺鏡或腫瘤組織標記相結合以進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手術機器人或增強現(xiàn)實應用提供決定性優(yōu)勢。”

“SMOL只需要相對簡單的技術設備。由于其尺寸在毫米范圍內，振蕩器可以集成到許多現(xiàn)有儀器中，并且仍有進一步小型化的潛力。由于其精確的空間和時間分辨率，我們的技術具有潛力顯著推進未來的許多醫(yī)療程序，”當前出版物的資深作者邱評論道。