В медицине будущего микророботы будут независимо перемещаться по тканям, а медицинские приборы будут указывать их местоположение в организме во время операции. Оба требуют, чтобы врач мог точно определять местоположение и контролировать устройство в реальном времени.

Пока нет подходящего способа. Ученые из Немецкого центра исследований рака (DKFZ) теперь описывают сигнальный метод, основанный на колеблющихся магнитах, который может значительно улучшить такие медицинские приложения.

Исследование было опубликовано в журнале NPJ Robotics.

То, что до недавнего времени звучало как научная фантастика, теперь значительно продвинулось в развитии: нанороботы, независимо перемещающиеся по телу, могут перевозить лекарства, измерять или оперировать ткани. Были разработаны нанороботы с магнитным приводом, которые могут перемещаться по мышцам, глазному стеклу или кровеносной системе.

Тем не менее, отсутствуют сложные системы, которые отслеживают и контролируют деятельность глубоко внутри робота в режиме реального времени. Традиционные технологии визуализации применяются лишь в ограниченной степени. Магнитно - резонансная томография (МРТ) имеет ограниченное временное разрешение, компьютерная томография (КТ) связана с облучением, а сильное рассеяние звуковых волн ограничивает местное разрешение ультразвука.
Интеграция SMOL в биомедицинские приложения. Источник: NPJ Robotics (2024). ДОИ: 10.1038 / s44182 - 024 - 0008 - x
Команда во главе с Тянь Цю из Дрезденского DKFZ теперь изобрела новый способ решения этой проблемы. Микросхемы, которые они разработали, основаны на магнитных генераторах (т.е. механических колебательных магнитах, расположенных в корпусе миллиметрового размера). Внешнее магнитное поле может возбуждать механические колебания магнита.

Когда колебания снова исчезают, сигнал может быть записан с помощью магнитного датчика. Его основные принципы сопоставимы с МРТ в МРТ. Исследователи называют этот метод ? позиционированием магнитных колебаний в малых размерах? (SMOL).

SMOL позволяет определять местоположение и направление небольших устройств на больших расстояниях (более 10 см), с высокой точностью (менее 1 мм) и в реальном времени. По сравнению с методами отслеживания, основанными на статических магнитах, SMOL может обнаруживать движения всех шести степеней свободы, а качество сигнала значительно выше.

Поскольку устройство основано на слабом магнитном поле и поэтому безвредно для организма, оно беспроводно и совместимо со многими традиционными устройствами и технологиями визуализации.

Обзор метода SMOL. Источник: NPJ Robotics (2024). ДОИ: 10.1038 / s44182 - 024 - 0008 - x
? Метод SMOL имеет много возможных применений?, - говорит Феликс Фишер, первый автор текущей публикации. ? Мы интегрировали эту систему в микророботов и инструменты для минимально инвазивной хирургии.

? Можно представить себе очень точную радиотерапию в сочетании с эндоскопом капсулы или маркерами опухолевой ткани.

? SMOL требует только относительно простого технического оборудования. Благодаря своим размерам в миллиметровом диапазоне генераторы могут быть интегрированы во многие существующие приборы и по - прежнему имеют потенциал для дальнейшей миниатюризации. Благодаря их точному пространственному и временному разрешению наша технология может значительно продвинуть многие медицинские процедуры в будущем?, - комментирует Цю, старший автор этой публикации.