機器人時代來臨,維繫心臟跳動的機器人即將誕生

作者 | 發布日期 2017 年 12 月 09 日 12:00 | 分類 機器人 , 醫療科技 follow us in feedly

綠野仙蹤裡少了心的機器人,在桃樂絲及朋友們協助下找回了心臟,但要如何維持這顆心跳動?別擔心,最新的一項科技,將設置一項機器裝置於心臟,以維繫心臟正常跳動。



近期刊登於《科學機器人期刊》(Science Robotics) 的一項研究顯示,這個新型的機器人裝置能維持心臟正常跳動:它能像搖籃般包覆住器官,並運用探頭固定於心室壁。這個迷你機器人能精準操控特定心室,未來很有機會取代心臟移植,成為醫生維持病患心臟正常運作的另一選擇。有別於今年稍早發表的另一種心臟機器人,這個新的機器人能作用在已無法正常運作的特定單一心室。

近年來,醫生主要利用一種心室輔助裝置(ventricular assist device)來維繫心臟如幫浦打出血液循環全身,這個體外的幫浦裝置用在無法正常自我控制的心臟,但這項裝置有個嚴重問題,因血液必須流經這項機械裝置,因此使用的病患必須稀釋血液以避免操作時結塊阻塞,而醫生在非必要情況下,並不樂於稀釋病患的血液。

這個新研發的機器人能直接在心臟作用,器官在它輔助之下得以正常運作。由於這個機器人的材質為聚合物,柔軟的材質能更溫和作用在器官上且不刺激到組織,同時它在操作上也相當溫和,傳統的電動裝置相當複雜且占空間,新的機器人則運用一種較溫和、由氣壓改變而啟動的方式(pneumatically activated)來控制心臟跳動。

(Source:PAYNE ET AL., SCI. ROBOT. 2, EAAN6736)

另一個不同點是,這個機器人會進入心臟並固定於心室壁,如同中膈般將兩個心室分開。 一個像探針般的結構會鑽進中膈,同時像手把的結構會在心室壁另一側打開錨,像開傘般,手術操作者再將一片小圓盤(disk)安裝在另一側,即完成錨的裝置。

這個柔性軟式的機器人,除了在心室外包覆並提供如同幫浦般的作用,把手會將中膈往心室壁的方向拉,擠壓心室以讓血液循環,如果沒有拉住中膈,這項裝置無法真正複製心跳,「中膈在心室收縮扮演相當重要的角色。」這項研究的作者之一 Nikolay Vasilyev 說,目前服務於波士頓兒童醫院(Boston Children’s Hospital)心臟外科的他表示,「當心臟收縮時,不只是心室壁(free wall)會移動,中膈在收縮過程中會變厚並向內往心室內部方向移動。」

由於軟式機器人能同時由外包覆器官、由內固定於中膈,這項裝置能更精準的幫助心臟壓縮出血液:這個系統能解讀來自心臟或是心室內壓力改變時的發電訊號(electrical signals)來調整活動,以協調與器官一同正常運作。

研究團隊目前已在活體豬成功應用這項機器人裝置,下一步就是要嘗試長期植入活體動物,進行為期數月的長時間觀察。

「以科技發展的角度來看,我相信這項研究成果已接近大公司或投資人收購的階段,並進一步將這項科技推入產品化。」英國利兹大學的機械人研究專家 Pietro Valdastri 說,雖然他沒有參與這項研究,但他表示,「我由衷希望能很快發生,因為這項科技對我來說已相當成熟。」

(首圖來源:pixabay) 

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