Софт роботски срчани уређај спречава срчану инсуфицијенцију

Sanki Sesinde Sihir Var - So Hyang Ses Analizi 4 (Јули 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Софт роботски срчани уређај спречава срчану инсуфицијенцију


Истраживачи су дизајнирали имплантабилни, меки-роботски срчани уређај који се уклапа у неуспело срце и помаже у обнављању нормалног тока крви.

Нови уређај у биомедицинском свету има за циљ да помогне у повратку крви у болесним болесницима. Уређај се окреће и компримује синхронизацијом контракција срчаних мишића како би поново помогао неуспјешном крвљу. Ово је значајан напредак који може помоћи у спречавању срчане инсуфицијенције, што представља проблем од више милијарди долара који утјече на 41 милијун људи широм свијета.

Срчани уређај се уклапа у срце. Имаге цоуртеси оф Сциенце Транслатионал Медицине.

Претходни напори

Неколико инжењерских група истражује методе лечења срчаних кварова или чак изградње вештачког срца. 3Д-штампани срчани вентили, бионски срчани закрпе и светлосни роботи су само неколико ових покушаја. Иако је свака од ових напора означена као прекретница у напретку технологије, комерцијално изводљиво решење и даље остаје ван домета.

С друге стране, тренутни и заједнички приступ побољшању срчаног циркулације користи запремински помоћни уређај (АВД). ВАД превазилази неуспело срце уклањањем крви из срца и пумпањем у аорту или плућну артерију.

Упркос томе што су уобичајени, постоји неколико недостатака за овај приступ. Прво, у ВАД-у, крв је у контакту са вештачким предметима као што су цеви, пумпе и тако даље. Ово доводи до здравих компликација као што су грудање и мождани удар прилично могуће, осим ако пацијент не узима трепавице у крви. Иако разрјеђивачи крви спречавају грудање, они захтевају стално праћење и могу довести до проблема са крварењем. Друго, ВАД поремећа природно кретање срчаних мишића.

ВАД превазилази срце да циркулише крв и лечи срчани отказ. Имаге цоуртеси оф Мадхеро88 (сопствени рад) (ЦЦ БИ-СА 3.0)

Да би дошли до бољег решења, тим истраживача са Универзитета Харвард и Бостон Дјечије болнице тражио је помоћни уређај који уопште није контактирао крв. Они су сматрали уређај који може загрлити срце и помоћи јој да поново напуни крв. Било је очигледно да конвенционални механички уређаји нису одговарали овој апликацији јер су крути и показују тенденцију загревања и, стога, не могу бити у контакту са срчаним мишићима.

Истраживачи су сматрали да је мекана роботика, која је усаглашена и способна за сложене покрете, моћи да се опонаша спољашњим слојевима срчаног мишића.

Ново решење

Главни изазов у ​​дизајнирању новог срчаног уређаја имитирао је обрт и компресију која се јавља када срце утјече. Ово компликовано кретање је слично као што је извлачење воде из влажног пешкире. Другим ријечима, када срце утјече, горњи и доњи мишићи срца завијају у супротним правцима.

Да би имали тај покрет, истраживачи су дизајнирали софт роботски срчани уређај са два сета пнеуматских актуатора на ваздух. Као што је приказано на слиједећој слици, они су користили групу концентричних прстенастих актуатора који би могли компресирати мишић и групу спиралних актуатора који би могли да окрећу срчани уређај. Истовремено активирање ова два актуатора, истраживачи су постигли уређај који би могао да имитира сложене контракције срчаних мишића.

Коришћење два сета погона омогућило је срчаном уређају да имитира покрете срца. Имаге цоуртеси оф Сциенце Транслатионал Медицине.

Интересантно је да је нови срчани уређај прилагодљив и да може склопити једну страну срца без утицаја на другу страну. Ово је важно јер хронична срчана инсуфицијенција често не утиче на цео орган, већ само на одређени дио.

Еллен Роцхе, водећи аутор истраживачког рада и бивши кандидат за доктора Харварда, иде чак и корак даље од овога и предвиђа да се можда ниво помоћи уређаја може прилагодити пошто се стање пацијента развија.

За срчани уређај, истраживачи су запослили МцКиббен Мусцлес, који је један од најчешће коришћених врста пнеуматских вештачких мишића (ПАМ), и направио оба прстена и спиралне мишиће као што је приказано на претходној слици. Испитали су неколико дизајна како би пронашли најбољи материјал и производни метод који би могао дати конформни уређај.

Али како функционише ПАМ?

Пнеуматски вештачки мишићи (ПАМ)

ПАМ-ови су врста пнеуматских актуатора који се односе на инфлацију. Ово је у супротности са мехом који се протеже на инфлацију.

Језгро ПАМ-а је флексибилна мембрана која преноси механичку снагу до оптерећења избуљивањем споља или стискањем у зависности од притиска ваздуха унутар. Следећа слика показује како функционише произвољан ПАМ. Уређај је фиксиран на једном крају и има масу која виси од друге. На овој слици, притисак се повећава од почетне вредности од нуле до П2. Како се притисак повећава, уређај изблесава и његова дужина се смањује. Сходно томе, маса се повлачи на горе.

Рад ПАМ-а. Имаге цоуртеси на Универзитету Вандербилт ЕЕЦС.

Као што показује горњи експеримент, сила и кретање које генеришу ови уређаји су линеарни и једносмерни. Да бисте направили двосмерно кретање, неопходна је антагонистичка поставка која је приказана на слиједећој слици.

Антагонистичка поставка за генерирање двосмерног покрета. Имаге цоуртеси на Универзитету Вандербилт ЕЕЦС.

Иако су лагани, ПАМ су способни пренети релативно велике количине енергије.

Животињска суђења и изазови

Тим је испитао уређај користећи и синтетичко срце и свиње. Такође су дрогирали уживе свиње како би изазвали срчану инсуфицијенцију, а затим искористили проналазак за обнову крвотока животиње. Уређај се може успешно прилагодити површини срца животиње и синхронизовати са контракцијама. Иако ови тестови доказују изводљивост идеје, постоји далеки пут да се пређе у робот у људска суђења.

Нажалост, експеримент је показао да трење између уређаја и срца доводи до упале на површини ткива. Да би се смањило запаљење, истраживачи су развили хидрогел који је примењен као заштитни слој између срца и уређаја. Међутим, дуготрајне студије на животињама и даље су потребне да би се истражиле потенцијалне хроничне компликације нове методе. Истраживачи објашњавају да би за преносни систем пацијент требао носити компримовани ваздух за напајање пнеуматских актуатора.

Проналазак показује да је сигурна интеракција између меког ткива и меке роботике сасвим могуће. Ово отвара врата за неколико других будућих апликација у којима сличан уређај може пружити механотерапију како унутар тако и изван тела.

Детаљи о овој студији објављени су у Сциенце Транслатионал Медицине.

Истакнута слика користила је Еллен Роцхе.