هدایت بینقص میکرورباتهای مغناطیسی در بدن با تکنیک نوین MRI
پژوهشگران دانشگاه علوم و فناوری هواژونگ در چین، تکنیک نوینی در تصویربرداری تشدید مغناطیسی (MRI) معرفی کردهاند که امکان هدایت بلادرنگ و بدون ایجاد اختلال میکرورباتهای مغناطیسی را در بدن فراهم میکند.
به گزارش سرویس علمی بازتاب امروز، این رویکرد به طور چشمگیری سرعت تصویربرداری و دقت ردیابی را ارتقا میدهد و یکی از چالشهای قدیمی در کنترل رباتهای مبتنی بر MRI را برطرف میکند.
میکرورباتهای مغناطیسی به عنوان ابزارهایی نویدبخش برای انجام روشهای پزشکی کمتهاجمی، از جمله تحویل دارو به طور هدفمند و درمانهای دقیق شناخته میشوند. کوچکی ابعاد و پاسخدهی مغناطیسی این رباتها امکان حرکت در محیطهای زیستمحیطی پیچیدهای را فراهم میکند که دسترسی به آنها با ابزارهای سنتی بسیار دشوار است. MRI با قابلیت نفوذ عمیق در بافت و وضوح مکانی بالا، بستری ایدئال برای هدایت این رباتها فراهم میکند. با وجود این، توالیهای سنتی MRI کند بوده است و زمان تکرار حدود ۱۰۰۰ میلیثانیه، باعث تاخیر و ایجاد اختلال در تصاویر میشود، که کنترل بلادرنگ و ردیابی دقیق رباتها را محدود میکند. این محدودیتها نهتنها دقت ردیابی را کاهش میدهند، بلکه با گرادیانهای مغناطیسی هدایتکننده رباتها تداخل ایجاد میکنند و ناوبری دقیق در حین انجام عملیات زنده را دشوار میسازند.
حتما بخوانید: اسکن MRI باعث تشکیل مواد مضر در داخل بدن میشود
تصویربرداری زنده از میکرورباتهای مغناطیسی
پژوهشگران برای رفع این محدودیتها، توالی MRI چندفرکانسه با دو اکو (MFDE) را ساختهاند، که زمان تکرار را به ۳۰ میلیثانیه کاهش میدهد، که امکان تصویربرداری بلادرنگ با حفظ دقت مکانی بالا را فراهم میسازد. توالی MFDE با بهرهگیری از دو پالس رادیویی ۱۸۰ درجه متوالی، دو اکو تولید میکند و بازیابی اسپین پروتونها را تسریع مینماید. تیم پژوهشی برای مقابله با کاهش سیگنال ناشی از اثرات حالت پایدار در زمانهای تکرار کوتاه، از تحریکهای فرکانسی با شیفت مثبت و منفی استفاده کرد تا کیفیت تصویر بهینه باقی بماند.
بیشتر بخوانید: کوچکترین ربات خودران جهان در مسیر تحول پزشکی و مهندسی میکروسکوپی + تصاویر
با این روش، موقعیتیابی میکرورباتهای مغناطیسی با خطای نسبی کمتر از ۱ درصد حاصل شد. چرخه کاری گرادیان محرک به ۷۷ درصد رسید، که تداخل بین گرادیانهای تصویربرداری و حرکت ربات را حذف و تصاویر پسزمینه عاری از اختلال تولید میکند. همچنین الگوریتم بازسازی جدیدی توسعه یافت که اختلالات تصویری را با نقاط روشن روی تصویر پسزمینه جایگزین میکند و امکان مشاهده مداوم موقعیت ربات را در حین حرکت فراهم میسازد.
برای مطالعه بیشتر: امید تازه برای درمان سکته مغزی و سرطان با میکرورباتها + ویدیو
از هزارتوها تا زیستشناسی
اعتبارسنجی این سیستم با هدایت میکرورباتهای مغناطیسی در یک هزارتوی سهبعدی آغاز شد. موقعیت ربات در زمان واقعی روی یک پلتفرم تصویربرداری سهنما بهروزرسانی شد و کنترل آن از طریق جویاستیک، امکان تنظیمات دقیق دستی را فراهم کرد. در مدلهای فانتوم عروقی، ربات با موفقیت از ساختارهای مارپیچی شبیه رگ عبور کرد و قابلیت این روش را در مداخلات عروقی کمتهاجمی به اثبات رساند. علاوه بر این، تیم پژوهشی این روش را در روده بزرگ یک موش زنده آزمایش کرد و ربات مغناطیسی تحت هدایت MRI زنده محیطی را پیمود، که پتانسیل آن را به عنوان جایگزینی کمتهاجمی برای کولونوسکوپی سنتی نشان میدهد. با حل مشکل توازن بین سرعت و کیفیت تصویربرداری، توالی MFDE MRI گامی مهم در هدایت رباتهای مبتنی بر MRI به حساب میآید و میتواند دقت و ایمنی روشهای پزشکی کمتهاجمی آینده را بهبود بخشد.
نتایج این پژوهش در مجله Engineering منتشر شده است.
