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एमआईटी इंजीनियरों ने एक चुंबकीय रूप से चलाने योग्य तार जैसा रोबोट विकसित किया है जो मस्तिष्क की भूलभुलैया वाहिका जैसे संकीर्ण, घुमावदार रास्तों से सक्रिय रूप से गुजर सकता है।
भविष्य में, इस रोबोटिक धागे को मौजूदा एंडोवस्कुलर तकनीक के साथ जोड़ा जा सकता है, जिससे डॉक्टर किसी मरीज के मस्तिष्क की रक्त वाहिकाओं के माध्यम से एक रोबोट को दूर से निर्देशित कर सकेंगे, ताकि तेजी से रुकावटों और घावों का इलाज किया जा सके, जैसे कि एन्यूरिज्म और स्ट्रोक में होने वाले घाव।
“संयुक्त राज्य अमेरिका में स्ट्रोक मृत्यु का पांचवां प्रमुख कारण और विकलांगता का प्रमुख कारण है।यदि तीव्र स्ट्रोक का इलाज पहले 90 मिनट में किया जा सकता है, तो रोगी के जीवित रहने में काफी सुधार हो सकता है," एमआईटी मैकेनिकल इंजीनियरिंग और सिविल और पर्यावरण इंजीनियरिंग के एसोसिएट प्रोफेसर झाओ जुआनहे ने कहा। "अगर हम संवहनी को उलटने के लिए एक उपकरण डिजाइन कर सकते हैं इस 'प्राइम टाइम' अवधि के दौरान रुकावट से, हम संभावित रूप से स्थायी मस्तिष्क क्षति से बच सकते हैं।यही हमारी आशा है।”
झाओ और उनकी टीम, जिनमें मुख्य लेखक यूनहो किम भी शामिल हैं, जो एमआईटी के मैकेनिकल इंजीनियरिंग विभाग में स्नातक छात्र हैं, ने आज साइंस रोबोटिक्स जर्नल में अपने सॉफ्ट रोबोट डिजाइन का वर्णन किया है। पेपर के अन्य सह-लेखक एमआईटी स्नातक छात्र जर्मन अल्बर्टो पारदा और विजिटिंग छात्र हैं। शेंगदुओ लियू.
मस्तिष्क से रक्त के थक्कों को हटाने के लिए, डॉक्टर आमतौर पर एंडोवास्कुलर सर्जरी करते हैं, एक न्यूनतम इनवेसिव प्रक्रिया जिसमें सर्जन मरीज की मुख्य धमनी के माध्यम से एक पतला धागा डालता है, आमतौर पर पैर या कमर में। फ्लोरोस्कोपिक मार्गदर्शन के तहत, जो एक साथ एक्स-रे का उपयोग करता है रक्त वाहिकाओं की छवि बनाने के बाद, सर्जन मैन्युअल रूप से तार को क्षतिग्रस्त मस्तिष्क की रक्त वाहिकाओं में घुमाता है। प्रभावित क्षेत्र में दवा या थक्का पुनर्प्राप्ति उपकरण पहुंचाने के लिए कैथेटर को तार के साथ पारित किया जा सकता है।
किम ने कहा, यह प्रक्रिया शारीरिक रूप से कठिन हो सकती है और फ्लोरोस्कोपी के बार-बार विकिरण जोखिम को झेलने के लिए सर्जनों को विशेष रूप से प्रशिक्षित करने की आवश्यकता होती है।
किम ने कहा, "यह एक बहुत ही मांग वाला कौशल है और मरीजों की सेवा के लिए पर्याप्त सर्जन नहीं हैं, खासकर उपनगरीय या ग्रामीण इलाकों में।"
ऐसी प्रक्रियाओं में उपयोग किए जाने वाले मेडिकल गाइडवायर निष्क्रिय होते हैं, जिसका अर्थ है कि उन्हें मैन्युअल रूप से हेरफेर किया जाना चाहिए, और अक्सर धातु मिश्र धातु कोर से बने होते हैं और एक बहुलक के साथ लेपित होते हैं, जो कि किम का कहना है कि घर्षण पैदा कर सकता है और रक्त वाहिकाओं की परत को नुकसान पहुंचा सकता है। अस्थायी रूप से विशेष रूप से फंस जाता है तंग जगह.
टीम ने महसूस किया कि उनकी प्रयोगशाला में विकास से ऐसी एंडोवास्कुलर प्रक्रियाओं को बेहतर बनाने में मदद मिल सकती है, गाइडवायर के डिजाइन और किसी भी संबंधित विकिरण के प्रति चिकित्सकों के जोखिम को कम करने में।
पिछले कुछ वर्षों में, टीम ने हाइड्रोजेल (ज्यादातर पानी से बनी जैव-संगत सामग्री) और 3डी प्रिंटिंग मैग्नेटो-एक्ट्यूएटेड सामग्रियों में विशेषज्ञता हासिल की है, जिन्हें केवल दिशा का पालन करके रेंगने, कूदने और यहां तक ​​कि गेंद को पकड़ने के लिए डिज़ाइन किया जा सकता है। चुंबक.
नए पेपर में, शोधकर्ताओं ने चुंबकीय रूप से चलाने योग्य, हाइड्रोजेल-लेपित रोबोटिक तार या गाइडवायर का उत्पादन करने के लिए हाइड्रोजेल और चुंबकीय सक्रियण पर अपना काम संयुक्त किया, जिससे वे जीवन-आकार के सिलिकॉन प्रतिकृति मस्तिष्क के माध्यम से रक्त वाहिकाओं को चुंबकीय रूप से निर्देशित करने के लिए पर्याप्त पतले बनाने में सक्षम थे। .
रोबोटिक तार का कोर निकेल-टाइटेनियम मिश्र धातु, या "नाइटिनोल" से बना है, एक ऐसी सामग्री जो मोड़ने योग्य और लोचदार दोनों है। हैंगर के विपरीत, जो मुड़ने पर अपना आकार बनाए रखते हैं, नाइटिनोल तार अपने मूल आकार में लौट आता है, जिससे इसे और अधिक मिलता है तंग, घुमावदार रक्त वाहिकाओं को लपेटते समय लचीलापन। टीम ने तार के मूल भाग को रबर पेस्ट, या स्याही में लेपित किया, और उसमें चुंबकीय कण डाले।
अंत में, उन्होंने चुंबकीय ओवरले को हाइड्रोजेल के साथ कोट करने और बांधने के लिए एक रासायनिक प्रक्रिया का उपयोग किया, जिसे उन्होंने पहले विकसित किया था - एक ऐसी सामग्री जो अंतर्निहित चुंबकीय कणों की प्रतिक्रिया को प्रभावित नहीं करती है, जबकि अभी भी एक चिकनी, घर्षण मुक्त, जैव-संगत सतह प्रदान करती है।
उन्होंने एक बड़े चुंबक (कठपुतली की रस्सी की तरह) का उपयोग करके रोबोटिक तार की सटीकता और सक्रियता का प्रदर्शन किया, ताकि तार को एक छोटे लूप के बाधा मार्ग के माध्यम से निर्देशित किया जा सके, जो सुई की आंख से गुजरने वाले तार की याद दिलाता है।
शोधकर्ताओं ने थक्कों और धमनीविस्फार सहित मस्तिष्क की प्रमुख रक्त वाहिकाओं की एक आदमकद सिलिकॉन प्रतिकृति में तार का परीक्षण किया, जो एक वास्तविक रोगी के मस्तिष्क के सीटी स्कैन की नकल करता है। टीम ने एक सिलिकॉन कंटेनर को एक तरल से भर दिया जो रक्त की चिपचिपाहट की नकल करता है , फिर कंटेनर के घुमावदार, संकीर्ण रास्ते के माध्यम से रोबोट का मार्गदर्शन करने के लिए मॉडल के चारों ओर बड़े मैग्नेट को मैन्युअल रूप से हेरफेर किया गया।
किम कहते हैं, रोबोटिक धागों को क्रियाशील किया जा सकता है, जिसका अर्थ है कि कार्यक्षमता को जोड़ा जा सकता है - उदाहरण के लिए, ऐसी दवाएं देना जो रक्त के थक्कों को कम करती हैं या लेजर के साथ रुकावटों को तोड़ती हैं। बाद वाले को प्रदर्शित करने के लिए, टीम ने धागों के नाइटिनोल कोर को ऑप्टिकल फाइबर से बदल दिया और पाया कि वे रोबोट को चुंबकीय रूप से निर्देशित कर सकते हैं और लक्ष्य क्षेत्र तक पहुंचने पर लेजर को सक्रिय कर सकते हैं।
जब शोधकर्ताओं ने हाइड्रोजेल-लेपित रोबोटिक तार की तुलना बिना लेपित रोबोटिक तार से की, तो उन्होंने पाया कि हाइड्रोजेल ने तार को बहुत आवश्यक फिसलन वाला लाभ प्रदान किया, जिससे यह तंग स्थानों में फंसने से बच गया। एंडोवास्कुलर प्रक्रियाओं में, यह गुण धागे को पार करते समय जहाज की परत में घर्षण और क्षति को रोकने में महत्वपूर्ण होगा।
सियोल नेशनल यूनिवर्सिटी में मैकेनिकल इंजीनियरिंग के प्रोफेसर क्यूजिन चो ने कहा, "सर्जरी में एक चुनौती मस्तिष्क में जटिल रक्त वाहिकाओं को पार करने में सक्षम होना है जो व्यास में इतनी छोटी हैं कि वाणिज्यिक कैथेटर नहीं पहुंच सकते हैं।"“यह अध्ययन दिखाता है कि इस चुनौती से कैसे पार पाया जाए।खुली सर्जरी के बिना मस्तिष्क में शल्य चिकित्सा प्रक्रियाओं की क्षमता और सक्षमता।''
यह नया रोबोटिक धागा सर्जनों को विकिरण से कैसे बचाता है? किम ने कहा, चुंबकीय रूप से संचालित होने वाला गाइडवायर सर्जनों को मरीज की रक्त वाहिका में तार डालने की आवश्यकता को खत्म कर देता है। इसका मतलब है कि डॉक्टर को भी मरीज के करीब नहीं रहना पड़ता है और , और अधिक महत्वपूर्ण बात, फ्लोरोस्कोप जो विकिरण उत्पन्न करता है।
निकट भविष्य में, वह एंडोवास्कुलर सर्जरी की कल्पना करते हैं जिसमें मौजूदा चुंबकीय तकनीक को शामिल किया जाएगा, जैसे कि बड़े चुंबकों के जोड़े, जिससे डॉक्टरों को ऑपरेटिंग रूम के बाहर, मरीज़ों के मस्तिष्क की छवि बनाने वाले फ़्लोरोस्कोप से दूर, या यहां तक ​​कि पूरी तरह से अलग स्थानों पर रहने की अनुमति मिल सके।
किम ने कहा, "मौजूदा प्लेटफॉर्म एक मरीज पर एक चुंबकीय क्षेत्र लागू कर सकते हैं और एक ही समय में फ्लोरोस्कोपी कर सकते हैं, और डॉक्टर दूसरे कमरे में या यहां तक ​​कि एक अलग शहर में जॉयस्टिक के साथ चुंबकीय क्षेत्र को नियंत्रित कर सकते हैं।" विवो में हमारे रोबोटिक धागे का परीक्षण करने के लिए अगले चरण में मौजूदा तकनीक का उपयोग करें।
अनुसंधान के लिए वित्त पोषण नौसेना अनुसंधान कार्यालय, एमआईटी के सोल्जर नैनोटेक्नोलॉजी इंस्टीट्यूट और नेशनल साइंस फाउंडेशन (एनएसएफ) से आया था।
मदरबोर्ड रिपोर्टर बेकी फरेरा लिखती हैं कि एमआईटी शोधकर्ताओं ने एक रोबोटिक धागा विकसित किया है जिसका उपयोग न्यूरोलॉजिकल रक्त के थक्के या स्ट्रोक के इलाज के लिए किया जा सकता है। रोबोट दवाओं या लेजर से लैस हो सकते हैं जिन्हें "मस्तिष्क के समस्या क्षेत्रों में पहुंचाया जा सकता है।"इस प्रकार की न्यूनतम इनवेसिव तकनीक स्ट्रोक जैसी न्यूरोलॉजिकल आपात स्थितियों से होने वाले नुकसान को कम करने में भी मदद कर सकती है।
एमआईटी शोधकर्ताओं ने मैग्नेट्रॉन रोबोटिक्स का एक नया धागा बनाया है जो मानव मस्तिष्क के माध्यम से घूम सकता है, स्मिथसोनियन रिपोर्टर जेसन डेली लिखते हैं। "भविष्य में, यह रुकावटों को दूर करने में मदद करने के लिए मस्तिष्क में रक्त वाहिकाओं के माध्यम से यात्रा कर सकता है," डेली बताते हैं।
टेकक्रंच के रिपोर्टर डैरेल एथरिंगटन लिखते हैं कि एमआई शोधकर्ताओं ने एक नया रोबोटिक धागा विकसित किया है जिसका उपयोग मस्तिष्क सर्जरी को कम आक्रामक बनाने के लिए किया जा सकता है। एथरिंगटन ने बताया कि नया रोबोटिक धागा "सेरेब्रोवास्कुलर समस्याओं, जैसे रुकावटों का इलाज करना आसान और अधिक सुलभ बना सकता है।" घाव जो धमनीविस्फार और स्ट्रोक का कारण बन सकते हैं।"
न्यू साइंटिस्ट के क्रिस स्टॉकर-वॉकर की रिपोर्ट के अनुसार, एमआईटी शोधकर्ताओं ने एक नया चुंबकीय रूप से नियंत्रित रोबोटिक वर्म विकसित किया है जो एक दिन मस्तिष्क सर्जरी को कम आक्रामक बनाने में मदद कर सकता है। जब मानव मस्तिष्क के सिलिकॉन मॉडल पर परीक्षण किया गया, तो "रोबोट मुश्किल से भी हिल सकता है।" रक्त वाहिकाओं तक पहुंचें।"
गिज़मोडो रिपोर्टर एंड्रयू लिस्ज़वेस्की लिखते हैं कि एमआईटी शोधकर्ताओं द्वारा विकसित एक नया थ्रेड-जैसे रोबोटिक कार्य का उपयोग स्ट्रोक का कारण बनने वाली रुकावटों और थक्कों को जल्दी से साफ करने के लिए किया जा सकता है। "रोबोट न केवल स्ट्रोक के बाद की सर्जरी को तेज़ और तेज कर सकते हैं, बल्कि विकिरण जोखिम को भी कम कर सकते हैं सर्जनों को अक्सर यह सहना पड़ता है,'' लिस्ज़वेस्की ने समझाया।