新しい方法はマイクロロボットと手術器具に体内の正確な位置決めを実現させる

 

発売日：[2024/5/12]
 

将来の医学では、マイクロロボットは組織内を独立してナビゲートし、医療機器は手術中に体内での位置を指示する。両方とも、医師がデバイスを正確かつリアルタイムに位置決めし、制御することができることを要求しています。

今のところ、適切な方法はありません。ドイツがん研究センター（DKFZ）の科学者は現在、発振磁石に基づく信号送信方法を記述しており、このような医療応用を大幅に改善することができる。

この研究は『npj Robotics』誌に発表された。

最近までSF小説のように聞こえたものは、体内を独立して移動するナノロボットが薬を輸送したり、組織で測定したり、外科手術を行ったりすることが期待されているという開発に大きな進展を遂げている。筋肉、目の硝子体、または血管系を介してナビゲーションできる磁気駆動ナノロボットが開発されている。

しかし、体の奥でのロボットの動きをリアルタイムで追跡し、制御する複雑なシステムが欠けている。従来のイメージング技術は限られた範囲にしか適用されていない。磁気共鳴イメージング（MRI）の時間分解能は有限であり、コンピュータ断層スキャン（CT）は放射曝露と関係があり、音波の強い散乱は超音波の局所分解能を制限する。

マイクロロボットと手術器具の体内での正確な位置付けはSMOLを生物医学応用に統合する。画像の出所：npj Robotics（2024）。DOI：10.1038/s44182-024-00008-x
ドレスデンのDKFZ工場から来たTian Qiuリーダーのチームは今、この問題を解決するための新しい方法を発明した。彼らが開発したマイクロデバイスは、磁気発振器（すなわち、ミリメータサイズの筐体内にある機械的発振磁石）に基づいている。外部磁場は磁石を機械的振動に励起することができる。

振動が再び弱まると、磁気センサで信号を記録することができる。その基本原理はMRIにおける核磁気共鳴に似ている。研究者はこの方法を「小規模磁気発振定位」（SMOL）と呼ぶ。

SMOLにより、長距離（10 cm以上）、非常に正確（1 mm未満）、およびリアルタイムで小型デバイスの位置と方向を決定することができます。静止磁石に基づく追跡方法と比較して、SMOLはすべての6自由度の動きを検出することができ、信号品質が大幅に向上した。

デバイスは弱い磁場に基づいているため、身体に無害でワイヤレスであり、多くの従来のデバイスやイメージング技術と互換性があります。
マイクロロボットと手術器具の体内での正確なSMOL定位方法の概要。画像の出所：npj Robotics（2024）。DOI：10.1038/s44182-024-00008-x
「SMOLアプローチには多くの可能性のある応用がある」と、現在の出版物の第1著者であるFelix Fischer氏は言う。「私たちはこのシステムをマイクロロボットと微小侵襲手術器具に統合しました。

「カプセル内視鏡や腫瘍組織マーカーと組み合わせて非常に正確な放射線治療を行うことは想像できます。私たちの方法は、全自動手術ロボットや拡張現実応用に決定的な利点を提供することもできます」。

「SMOLには比較的簡単な技術設備しか必要ありません。発振器はミリメータの範囲内にあるため、多くの既存の機器に統合でき、さらに小型化する可能性があります。正確な空間と時間分解能のため、私たちの技術は将来の多くの医療プログラムを大幅に推進する可能性があります」と、現在出版物のベテラン著者である邱評氏は論じる。