- MIT entwickelt flexibles Roboter-Endoskop zur Unterstützung bei der Diagnose von Dünndarmerkrankungen.
- Das neue Endoskop imitiert die Bewegungen einer Schlange und kann sich schnell im Darm bewegen.
- Der Roboter ist mit Bildgebungs- und Medikamentenabgabewerkzeugen ausgestattet und kann Biopsien durchführen oder Polypen entfernen.
- Forscher verbessern das Navigationssystem und erkunden weitere Anwendungsmöglichkeiten.
Ingenieure des MIT haben ein flexibles Roboter-Endoskop entwickelt, das in der Lage ist, sich durch den Dünndarm zu bewegen, um Ärzten bei der Diagnose und Behandlung von damit verbundenen Erkrankungen zu helfen. Dieses röhrenförmige Robotergerät imitiert die Bewegungsweise einer Schlange und trägt Bildgebung, Medikamentenabgabe und Werkzeuge zur Gewebeentnahme.
Der Dünndarm hat eine Länge von über 20 Fuß (ca. 6 Meter) und einen Durchmesser von etwa 1 Zoll (ca. 2,5 cm) und ist tief im menschlichen Körper verborgen, was die Untersuchung schwieriger macht als bei Magen oder Dickdarm. Ärzte müssen in der Regel Probleme wie Blutungen, Läsionen und Blockaden in diesem Bereich bewerten. Derzeit ist die einzige Methode zur Diagnose dieser Probleme die Doppelballon-Endoskopie, bei der das medizinische Personal abwechselnd zwei Ballons aufbläst und entleert, um das Endoskop voranzubringen. Dieser Prozess ist langsam und umständlich.
Design und Funktion des neuen Endoskops
Das Team des MIT möchte ein Endoskop entwickeln, das einfacher zu steuern ist und sich schneller im Darm bewegen kann. Traverso erklärt, dass das Ziel darin besteht, einen Abschnitt des Darms von 20 bis 25 Fuß (ca. 6 bis 7,6 Meter) auf automatisiertere Weise zu bewerten.
Die Bewegung einer Schlange erfolgt durch das Zusammenziehen der Muskeln auf einer Körperseite zur Steuerung der Richtung, gefolgt von der Kontraktion der anderen Seite. Um dies nachzuahmen, haben die Forscher multifunktionale Antriebe entwickelt, um die Bewegung des Roboters zu steuern. Jeder Antrieb hat vier Kammern, die unterschiedliche Kombinationen von Luftdruck erzeugen können, wodurch das Rohr in jede Richtung gedehnt oder gebogen werden kann. Durch das Anpassen der Luft in den Kammern kann der Bediener „die Richtung der Bewegung des Roboters anpassen“, sagt Traverso.
Der Kopf und das Ende des Roboters sind mit zusätzlichen Fixierballons ausgestattet, die abwechselnd aufgeblasen und entleert werden, um dem Roboter zu helfen, sich langsam voranzubewegen. Diese Teile sind mit einem von Kirigami inspirierten Mustermantel bedeckt, einer Variante, bei der beim Origami Schnitte hinzugefügt werden. Wenn die Ballons sich ausdehnen und sie dehnen, liegt die Beschichtung flach, wodurch dreidimensionale Kirigami-Stacheln hervortreten. Diese Stacheln bieten dem Roboter, ähnlich wie Schuppen bei einer Schlange, besseren Halt an der glatten Innenwand des Darms.
Traversos Labor hat dieselbe Methode verwendet, um griffigere Sohlen und Stützen zu entwickeln, die vorübergehend in die Speiseröhre eingeführt werden können, um Medikamente abzugeben. Der Doktorand Ahmad Mujtaba Jebran, der Hauptautor, erklärt, dass diese Manschetten dem Roboter an bestimmten Stellen Halt geben, ohne empfindliches Gewebe übermäßig zu dehnen.
Klinische Anwendungen und Ausblick
Dieser Roboter ist über ein Kabel mit einem externen Controller verbunden, sodass der Bediener ihn in engen Gängen und bei scharfen Kurven steuern kann. Das Design ermöglicht den Zugang über den Mund oder den Anus. Zu den Werkzeugen gehören eine Kamera zur Bildgebung, ein Medikamentenabgabespray und Zangen, die Gewebeproben entnehmen oder Polypen entfernen können. Traverso erklärt, dass der Roboter dem Arzt „ermöglichen kann, Biopsien durchzuführen oder zu entfernen“, wenn kleine Polypen gefunden werden. In Tierversuchen hat der Roboter etwa 6,5 Fuß (ca. 2 Meter) im Dünndarm zurückgelegt. Das Team hat auch die Verwendung des Medikamentensprays, der Gewebezangen und der Kamera demonstriert.
Die Forscher verbessern derzeit das Navigationssystem und testen die Wirksamkeit dieser Methode bei anderen Anwendungen im Dünndarm. Traverso ist Professor für Maschinenbau am MIT, Gastroenterologe am Brigham and Women's Hospital und stellvertretendes Mitglied am MIT und am Broad Institute der Harvard University. Zu den Hauptautoren der Studie gehören Binbin Ying, ein ehemaliger Postdoktorand am MIT und jetzt am Southwestern Medical Center der University of Texas, Jebran und der ehemalige Forschungswissenschaftler am MIT, Sahab Babaee.
Die Forschung wurde in „Science Robotics“ veröffentlicht, wobei Giovanni Traverso vom MIT als Senior-Autor fungierte.
Einfluss des flexiblen Endoskops auf die medizinische Diagnostik
Die Entwicklung dieses flexiblen Roboter-Endoskops stellt einen bedeutenden Fortschritt in der Endoskopietechnologie dar, insbesondere bei der Untersuchung des Dünndarms. Der traditionelle Prozess der Doppelballon-Endoskopie ist umständlich und zeitaufwendig, während das automatisierte Design des neuen Endoskops die Effizienz der Untersuchung steigern und das Unbehagen für die Patienten verringern kann. Diese Technologie kann nicht nur den Diagnoseprozess verbessern, sondern auch sofortige Biopsien oder Behandlungen ermöglichen, wenn Probleme entdeckt werden, was für die frühzeitige Erkennung von Dünndarmerkrankungen von großer Bedeutung ist. Mit dem weiteren Fortschritt der Forschung könnte diese Technologie in Zukunft auf die Untersuchung weiterer innerer Organe ausgeweitet werden, um die medizinische Qualität weiter zu verbessern.