Mini-Roboter bewegen sich selbstständig durch den Körper
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Rechts: Miniaturroboter mit eingebautem SMOL-Tracker, der eingebaute Magnet ist lediglich 1 mm groß; links: R-förmiger Bewegungspfad eines SMOL-gesteuerten Miniaturroboters - ©Qiu_DKFZ
Es gibt bereits winzige Roboter, die durch Muskeln, die Flüssigkeit im Auge oder die Blutgefäße gesteuert werden können. Doch es fehlen noch ausgereifte Systeme, um diese Roboter tief im Körpergewebe in Echtzeit zu überwachen und zu steuern. Herkömmliche bildgebende Verfahren sind dafür nur bedingt geeignet. Zum Beispiel liefert die Magnetresonanztomographie (MRT) Bilder, aber nicht schnell genug, die Computertomographie (CT) verwendet Strahlung, und beim Ultraschall ist die räumliche Auflösung begrenzt durch die starke Streuung der Schallwellen.
Ein Team um Tian Qiu vom DKFZ Standort Dresden hat eine neue Methode entwickelt, um das Problem des Echtzeit-Trackings zu lösen. Ihr winziges Gerät basiert auf einem magnetischen Oszillator, einem kleinen Magneten, der sich in einem millimetergroßen Gehäuse befindet und mechanisch schwingt. Ein äußeres Magnetfeld kann diesen Magneten zum Schwingen bringen, und wenn die Schwingung abklingt, wird dieses Signal von Magnetsensoren erfasst. Das Prinzip ähnelt der Kernspinresonanz in der MRT und wird von den Forschern als “Small-Scale Magneto-Oscillatory Localization” (SMOL)1 bezeichnet.
Mit SMOL kann die Position und Ausrichtung des winzigen Geräts in Echtzeit und mit hoher Genauigkeit (weniger als 1 mm) über eine Entfernung von mehr als 10 cm bestimmt werden. Im Vergleich zu Tracking-Verfahren, die auf statischen Magneten basieren, kann SMOL Bewegungen in allen sechs Freiheitsgraden - also in allen Raum- und Winkelrichtungen - erfassen, und das mit einer deutlich besseren Signalqualität. Da das Gerät nur schwache Magnetfelder erzeugt und benötigt, ist es unbedenklich für den Körper. Außerdem funktioniert es kabellos und ist mit vielen herkömmlichen Geräten und bildgebenden Verfahren kompatibel.
Markierung von Tumoren für eine präzise Therapie
Felix Fischer vom DKFZ in Dresden: „Es gibt viele Anwendungsmöglichkeiten für die SMOL-Methode. Wir haben das System bereits in Miniaturroboter und Instrumente für die minimalinvasive Chirurgie integriert. Denkbar wäre eine Kombination mit Kapselendoskopen oder die Markierung von Tumoren für eine sehr präzise Therapie. Auch für vollautomatisierte Operationsroboter oder Augmented-Reality-Anwendungen könnte unsere Methode einen entscheidenden Vorteil bringen.”
SMOL benötigt nur eine vergleichsweise einfache technische Ausstattung. „Aufgrund seiner Abmessungen im Millimeterbereich lässt sich der Oszillator in viele bestehende medizinische Instrumente integrieren, und der Tracker kann noch weiter miniaturisiert werden. Unsere Technik hat dank ihrer präzisen räumlichen und zeitlichen Auflösung das Potenzial, viele interventionelle Verfahren in Zukunft deutlich voranzubringen”, erklärt Tian Qiu (Seniorautor der Studie).
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Wörtlich übersetzt würde es heißen: Magneto-Oszillatorische Lokalisierung im kleinen Maßstab ↩