肺癌新救星,自主可操纵针机器人成功穿越活体肺组织
肺癌是一直是世界癌症相关死亡案例的主要病因之一,但一些肺癌肿瘤非常小,隐藏在肺组织深处,对外科医生来说难以触及。科学家们一直在探索一种高度柔韧但坚固的机器人,能够穿越肺组织,精确定位和治疗肺癌,这项研究最近有了新的成果。
北卡罗来纳大学计算机科学系的Ron Alterovitz博士和北卡罗来纳大学医学系的医学硕士Jason Akulian研发了一种新型机器人,该机器人可以自主地穿越活体肺组织,同时避开肺部内的重要结构,如微小气道和血管,其研究论文被刊登在著名的《科学机器人》杂志上。
这款机器人被称为自主可操纵针机器人,它的开发涉及多个领域,包括医学、计算机科学和工程学。除了Alterovitz和Akulian之外,研究团队还包括北卡罗来纳大学放射科的医学博士Yueh Z. Lee,范德比尔特大学的Robert J. Webster III和犹他大学的Alan Kuntz。
这款机器人由多个独立组件组成:机械控制系统提供了针向前和向后的受控推力,并且针的设计允许其沿着曲线路径转向;针头由镍钛合金制成,经过激光蚀刻以增加其灵活性,使其能够轻松地穿越组织,当机器人向前移动时,针上的蚀刻使其能够轻松地绕过障碍物;此外,机器人还配备了导管等附件,可用于执行肺活检等程序。
为了穿越肺组织,这款机器人需要具备自主的目标导航能力。研究团队利用受试者胸腔的CT扫描和人工智能创建了肺部的三维模型,包括气道、血管和一些随机选定的目标。在这个3D模型中,一旦机器人的针被定位,其人工智能驱动软件就会自动指导它从出发点到目标点,同时避开重要的结构,确保治疗的精确性和安全性。
这款机器人的重大技术突破之一是它能够适应呼吸运动。肺部与其他器官不同,它在胸腔中不断地膨胀和收缩,这导致机器人在不断呼吸的受试者中进行精确定位尤为困难。然而,研究人员的测试验证了他们的机器人可以在活体中精准行动,同时在受试者中进行间歇性屏气测试,每当受试者屏住呼吸时,机器人就会向前移动,确保了治疗的连续性。
近期,软体机器人和微小机器人领域不断传来新的科研成果突破,标志着医学、工程学和人工智能的交叉领域取得了巨大进展。自主可操纵针机器人有望为肺癌患者提供更准确和安全的治疗方法,同时研究团队的成员表示,他们将持续提高机器人在肺部活动时的精准性和安全性,尽快使机器人通过检测并投入临床使用,给肺癌患者带来新的希望。

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