新方法讓微型機器人和手術器械實現體內精確定位

在未來的醫學中，微型機器人將在組織中獨立導航，醫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) 的科學家現在描述了一種基于振蕩磁鐵的信號發送方法，可以顯著改善此類醫療應用。

該研究發表在《npj Robotics》雜志上。

直到最近聽起來還像科幻小說的東西現在已經在開發中取得了很大進展：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行外科手術。可以通過肌肉、眼睛玻璃體或血管系統進行導航的磁驅動納米機器人已經被開發出來。

然而，缺乏復雜的系統來實時跟蹤和控制機器人在身體深處的活動。傳統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 領導的團隊現在發明了一種新方法來解決這個問題。他們開發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。 “我們已經將該系統集成到微型機器人和微創手術器械中。

“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實應用提供決定性優勢。”

“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療程序，”當前出版物的資深作者邱評論道。