Human-scale navigation of magnetic microrobots in hepatic arteries

磁共振成像 波瓣 生物医学工程 栓塞 医学 肝细胞癌 放射科 计算机科学 解剖 内科学
作者
Ning Li,Phillip Fei,Cyril Tous,Mahdi Rezaei Adariani,Marie-Lou Hautot,Inès Ouedraogo,Amina Hadjadj,Ivan P. Dimov,Quan Zhang,Simon Lessard,Zeynab Nosrati,C. Ng,Katayoun Saatchi,Urs O. Häfeli,Charles Tremblay,Samuel Kadoury,An Tang,Sylvain Martel,Gilles Soulez
出处
期刊:Science robotics [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:9 (87) 被引量:13
标识
DOI:10.1126/scirobotics.adh8702
摘要

Using external actuation sources to navigate untethered drug-eluting microrobots in the bloodstream offers great promise in improving the selectivity of drug delivery, especially in oncology, but the current field forces are difficult to maintain with enough strength inside the human body (>70-centimeter-diameter range) to achieve this operation. Here, we present an algorithm to predict the optimal patient position with respect to gravity during endovascular microrobot navigation. Magnetic resonance navigation, using magnetic field gradients in clinical magnetic resonance imaging (MRI), is combined with the algorithm to improve the targeting efficiency of magnetic microrobots (MMRs). Using a dedicated microparticle injector, a high-precision MRI-compatible balloon inflation system, and a clinical MRI, MMRs were successfully steered into targeted lobes via the hepatic arteries of living pigs. The distribution ratio of the microrobots (roughly 2000 MMRs per pig) in the right liver lobe increased from 47.7 to 86.4% and increased in the left lobe from 52.2 to 84.1%. After passing through multiple vascular bifurcations, the number of MMRs reaching four different target liver lobes had a 1.7- to 2.6-fold increase in the navigation groups compared with the control group. Performing simulations on 19 patients with hepatocellular carcinoma (HCC) demonstrated that the proposed technique can meet the need for hepatic embolization in patients with HCC. Our technology offers selectable direction for actuator-based navigation of microrobots at the human scale.
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