Eversion-based robots can enable safe access,steering and endoscopic imaging within the spinal subarachnoid space
यह शोध पत्र एक 2 मिमी व्यास वाले एवर्जन-आधारित (eversion-based) रोबोटिक प्लेटफॉर्म को प्रस्तुत करता है जो मानव स्पाइनल सबराक्नॉइड स्पेस के भीतर सुरक्षित, घर्षण-न्यून नेविगेशन, स्टीयरिंग और रीयल-टाइम इमेजिंग को सक्षम बनाता है, जो कैडेवरिक अध्ययनों में पारंपरिक कैथेटर इंसर्शन की तुलना में काफी कम ऊतक संपर्क बलों और कोई दृश्यमान तंत्रिका क्षति न होने का प्रदर्शन करता है।
मूल पेपर CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) के तहत लाइसेंस किया गया है। नीचे दिए गए पेपर की यह व्याख्या AI से तैयार की गई है। इसे लेखकों ने न तो लिखा है, न इसका समर्थन किया है। तकनीकी सटीकता के लिए मूल पेपर देखें। पूरा डिस्क्लेमर पढ़ें
कल्पना कीजिए कि आप मोटे ओवन मिट्स (दस्ताने) पहनकर सुई में धागा पिरोने की कोशिश कर रहे हैं, लेकिन वह सुई वास्तव में एक रोबोट है, और "धागा" आपकी रीढ़ के अंदर एक नाजुक, तरल पदार्थ से भरी सुरंग है। यह इंट्राथेकल नेविगेशन (intrathecal navigation) की दुनिया है, जो मेडिकल रोबोटिक्स का एक उच्च-जोखम वाला कोना है जहाँ इंजीनियर रीढ़ के सबarachnoid स्थान के माध्यम से सूक्ष्म उपकरणों को निर्देशित करने का प्रयास करते हैं। यह स्थान एक संकीरा, नरम, पानी से भरा गलियारा है जो नाजुक नसों और स्पाइनल कॉर्ड से भरा हुआ है, जो ड्यूरा मेटर (dura mater) नामक एक पतली, सुरक्षात्मक झिल्ली में लिपटा हुआ है। लक्ष्य क्या है? इस सुरंग के गहरे हिस्से में दवा पहुँचाना या तस्वीरें लेना, बिना किसी चीज़ को चुभाए या फटे बिना।
द दशकों से, वहाँ पहुँचने का मानक तरीका एक स्ट्रॉ (नली) के माध्यम से एक लंबी, सख्त रस्सी को धकेलने जैसा रहा है। आप पीछे (प्रॉक्सिमल एंड) से धकेलते हैं, और टिप आगे बढ़ती है। लेकिन यहाँ समस्या यह है: जैसे ही आप धकेलते हैं, पूरी रस्सी स्ट्रॉ की दीवारों से रगड़ खाती है। रीढ़ जैसी तंग, नरम जगह में, यह रगड़ घर्षण और खिंचाव पैदा करती है, जिससे टिप को सटीक रूप से मोड़ना कठिन हो जाता है और संवेदनशील नसों को खरोंचने या नुकसान पहुँचाने का जोखिम बढ़ जाता है। यह एक कार चलाने जैसा है जिसमें आप पिछले बंपर को धकेलकर गाड़ी चला रहे हों; आप जितना आगे जाएंगे, सामने के हिस्से को नियंत्रित करना उतना ही कठिन होगा। यह शोध पत्र गति करने के एक बिल्कुल अलग तरीके की खोज करता है: पूरे रोबोट को आगे धकेलने के बजाय, क्या होगा यदि रोबोट खुद को, एक बेल की तरह, केवल अपने बिल्कुल सिरे पर विकसित (grow) कर सके?
इस अध्ययन के पीछे के शोधकर्ताओं ने, जिसका नेतृत्व ज़िकोंग वू और सहयोगियों ने किया है, Vine4Spine नामक एक रोबोट बनाया है जो बिल्कुल यही करता है। एक लंबी ट्यूब को स्पाइनल कैनाल के माध्यम से स्लाइड करने के बजाय, यह रोबोट "इवर्जन" (eversion) नामक एक चतुर तकनीक का उपयोग करता है। एक मोज़े के बारे में सोचें जो उल्टा हो गया है। यदि आप मोज़े के कफ को पकड़ते हैं और पैर वाले सिरे को बाहर खींचते हैं, तो मोज़ा खुद को अंदर से बाहर की ओर पलट देता है और आगे बढ़ता है, लेकिन मोज़े का वह हिस्सा जो पहले से फर्श पर है, बिल्कुल स्थिर रहता है। Vine4Spine रोबोट भी उसी तरह काम करता है। इसमें एक कक्ष के भीतर एक मुड़ी हुई, पतली ट्यूब (शीथ) होती है। कक्ष में तरल पदार्थ पंप करके, रोबोट ट्यूब के सिरे को अंदर से बाहर की ओर मोड़ने और आगे बढ़ने के लिए मजबूर करता है। जादू यह है कि रोबोट का जो हिस्सा पहले ही फैल चुका है, वह रीढ़ की दीवारों के सापेक्ष स्थिर रहता है, जिसका अर्थ है कि यह नाजुक नसों के खिलाफ बिल्कुल भी नहीं रगड़ता या फिसलता है।
टीम ने इस विचार का तीन चरणों में परीक्षण किया। सबसे पहले, उन्होंने एक कंप्यूटर मॉडल बनाया ताकि यह देखा जा सके कि बल कैसे काम करते हैं। फिर, उन्होंने रीढ़ के एक स्पष्ट, प्लास्टिक मॉडल में इसे आज़माया जो असली चीज़ जैसा दिखता था और महसूस होता था। अंत में, उन्होंने इसे एक मानव कैडेवर (विज्ञान के लिए दान किया गया शरीर) पर ले जाकर देखा कि क्या यह एक वास्तविक, जटिल मानव रीढ़ में काम करेगा।
परिणाम प्रभावशाली थे। प्लास्टिक स्पाइन मॉडल में, "बढ़ने वाले" रोबलभ ने पुराने "धकेलने" वाले तरीके की तुलना में दीवारों पर लगाए गए बल को औसतन 65.2% और अपने शिखर पर 48.0% कम कर दिया। यह एक भारी, घसीटते हुए स्लेज को एक शांत, तैरते हुए होवरक्राफ्ट से बदलने जैसा था। कंप्यूटर मॉडल ने दिखाया कि एक बिंदु पर तनाव जमा करने के बजाय (जैसे कि एक टिप द्वारा नस को चुभाना), बढ़ते हुए रोबोट ने दबाव को अपनी लंबाई के साथ समान रूप से फैला दिया, जिससे यह ऊतकों के लिए बहुत अधिक सौम्य हो गया।
जब उन्होंने इसे मानव कैडेवर पर परीक्षण किया, तो रोबोट निचले हिस्से में एक मानक सुई प्रवेश बिंदु के माध्यम से स्पाइनल कैनाल में 150 मिमी (लगभग 6 इंच) गहरा सफलतापूर्वक फैल गया। यह केवल चला ही नहीं; यह बाएं और दाएं मुड़ सकता था और इसके टिप में लगी एक छोटी सी कैमरा की मदद से यह नसों और स्पाइनल कॉर्ड की वास्तविक समय में वीडियो तस्वीरें भी ले सकता था। रोबोट को निकालने के बाद, सर्जनों ने रीढ़ की बारीकी से जांच की और पाया कि कोई दरार, कोई खरोंच, और सुरक्षात्मक परतों या नसों को कोई नुकसान नहीं हुआ था।
हालाँकि, लेखक इस बात पर सावधानी बरतते हैं कि वे इसे कल अस्पतालों में जाने के लिए तैयार एक अंतिम उत्पाद नहीं कह सकते। वे इस बात पर जोर देते हैं कि यह एक एकल कैडेवर का उपयोग करके किया गया "प्रूफ ऑफ कॉन्सेप्ट" (अवधारणा का प्रमाण) था, जिसमें जीवित व्यक्ति की तरह तरल दबाव या धड़कन नहीं होती है। वे यह भी नोट करते हैं कि रोबोट अभी भी एक अनुसंधान प्रोटोटाइप है। लेकिन अध्ययन बताता है कि यह "बढ़ने वाला" दृष्टिकोण एक गेम-चेंजर हो सकता है, जो रीढ़ के माध्यम से नेविगेट करने का एक ऐसा तरीका प्रदान करता है जो वर्तमान तरीकों की तुलना में काफी सुरक्षित और अधिक नियंत्रणीय है, जो भविष्य में दर्द और अन्य न्यूरोलॉजिकल स्थितियों के लिए बेहतर उपचार के द्वार खोल सकता है।
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