史陶比尔医疗案例 | 无副作用抗肿瘤疗法的机器人自动化

国际金属加工网 2020年09月01日

埃尔朗根大学附属医院是德国最著名的医学院之一,成立于1824年,具有德国顶尖的肿瘤治疗和综合研究中心,在肠癌及放射治疗方面处于世界领先地位。其领导的SEON科研项目借助史陶比尔TX200六轴机器人和磁头,引导磁性纳米粒子及其装载的药物精确定位和对抗肿瘤。在机器人的帮助下,可以大大减少化疗副作用。该项技术有望在几年内彻底革新纳米医学。

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Courtecy by Erlangen

挑战

肿瘤学领域的自动化应用代替化疗

机器人在医疗手术中表现出色,尽管尚未普及,但具有广阔的应用前景。德国埃尔朗根大学医院的SEON科研项目首次将史陶比尔机器人应用于肿瘤学领域。

常规的癌症治疗方式为手术或化疗,后者对患者来说是一种艰难的对抗肿瘤的方式。因为任何化疗过程都会对身体造成巨大伤害。对抗癌细胞所必需的高剂量药物在全身循环,它们也会影响健康的细胞,让患者变得更为虚弱。

SEON开辟了利用机器人技术治疗肿瘤的全新途径,通过对实体肿瘤或转移瘤的精确定位治疗来替代传统化疗。为此,德国埃尔朗根大学医院的研究小组开发了可注射到患者体内的磁性纳米粒子作为药物的运输工具, 所使用的纳米粒子大小仅为头发直径的万分之一。

配备磁头的史陶比尔TX200重负载六轴机器人负责完成此精细任务。在磁性药物靶向的过程中,磁头会在患者身体上方停留,将具有活性成分的磁性纳米粒子直接导向肿瘤。目前该项目处在研究阶段,投入实践还需要医生、工程师和机器人专家的共同努力。

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解决方案

符合医院安全标准的严格预防措施

通常,医院在项目建设初期,隔断墙施工之前就要引入大型设备,例如X射线机或CT扫描仪等。而在SEON项目中,史陶比尔TX200重负载机器人是在医院已经投入运行后安装的,这需要专业的工程规划。施工方先打通一堵外墙,将预装好的机器人和基座运到大楼里,再封闭外墙。整个过程没有影响医院的日常工作。

为了使TX200机器人的安装符合最高安全标准,施工方提前对治疗室的地板进行静态测试,并加固地面基座以承受两吨重的机器。机器人精确落位后,用混凝土浇筑在基座周围,充分确保机器人安全运行。电气和控制系统连接后,TX200很快即可投入使用。

为确保安全使用机器人进行研究,史陶比尔专家对两名医生进行深度的机器人控制和技术培训,从而能在肿瘤科的假人上安全地操作TX200机器人,推进磁性药物靶向的研究。同时由史陶比尔的技术专家对机器人进行设置和编程。

与工业环境不同,TX200没有设置防护隔断。因为在临床环境中,医护人员和机器人需要在有限的空间内协同工作,以便为患者提供最佳治疗。

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医疗应用

磁性机器人比手动控制更灵敏

埃尔朗根大学医院开发出了装载有合适药物的磁性纳米粒子作为药物运输手段,通过成像得到肿瘤精确参数数据并直接传递给机器人控制器,配备强大磁体的史陶比尔TX200机器人便会了解肿瘤的确切位置,再根据基本的磁性原理来引导纳米粒子。机器人沿着预先规划的路径,紧贴患者的身体轮廓运动,而纳米粒子会随之到达患者体内的肿瘤位置。

史陶比尔机器人通过最直接的路径到达肿瘤坐标,将纳米物质注射到体内后会破坏肿瘤的DNA而不伤害健康组织。药物不必穿过整个机体即可到达需要作用的细胞,显著减轻了患者的负担,且大大减少了对健康细胞的误伤。

机器人磁性末端的运动比人的手更灵敏,在TX200机器人的帮助下,医生的工作变得更加精确。此前都是通过人工手动操作磁体引导纳米粒子移动,且每次操作只能处理一个肿瘤部位,而机器人可以同时处理多个部位。

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医护人员的运动机能和操作精确度是有限的。未来我们可以使用史陶比尔六轴机器人来全权负责磁场控制。全自动化的机器人操作,以及更多的运动轴都会使肿瘤治疗受益颇多。

Christoph Alexiou教授

德国埃尔朗根大学附属医院

(史陶比尔机器人)

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