ミニロボットによるバーチャル生検技術を開発(Mini rolling robot takes virtual biopsies)

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2025-03-27 英国研究イノベーション機構(UKRI)

リーズ大学、グラスゴー大学、エディンバラ大学の研究者たちは、消化管内で3Dスキャンを行う小型磁気ロボットを開発しました。このロボットは、オロイドと呼ばれる特殊な3D形状を採用し、独特の転がり運動により体内での精密なナビゲーションとイメージングを可能にします。搭載された28メガヘルツのマイクロ超音波アレイにより、高解像度の3D画像を取得し、仮想的な生検を実現します。これにより、従来の組織採取を伴う生検と同等の診断情報を即座に提供し、診断から治療までを一度の手順で行うことが可能となります。この技術は、英国工学・物理科学研究会議(EPSRC)などの支援を受け、2025年3月26日に『Science Robotics』誌に掲載されました。

<関連情報>

高分解能超音波イメージングを可能にする磁気駆動ロボットのオロイド形状の利用 Harnessing the oloid shape in magnetically driven robots to enable high-resolution ultrasound imaging

Nikita J. Greenidge, Benjamin Calmé, Alexandru C. Moldovan, Bartas Abaravicius, […], and Pietro Valdastri
Science Robotics  Published:26 Mar 2025
DOI:https://doi.org/10.1126/scirobotics.adq4198

Abstract

Magnetic fields enable remote manipulation of objects and are ideal for medical applications because they pass through human tissue harmlessly. This capability is promising for surgical robots, allowing navigation deeper into the human anatomy and accessing organs beyond the reach of current technologies. However, magnetic manipulation is typically limited to a maximum two–degrees-of-freedom orientation, restricting complex motions, especially those including rolling around the main axis of the magnetic robot. To address this challenge, we introduce a robot design inspired by embodied intelligence and the unique geometry of developable rollers, leveraging the oloid shape. The oloid, with its axial asymmetry and sinusoidal motion, facilitates rolling when precisely controlled by an external magnetic field. We present a versatile closed-loop control model to ensure precise magnetic manipulation of an oloid-shaped robot. This capability was validated in endoluminal applications through the integration of a 28-megahertz micro-ultrasound array to perform virtual biopsies, noninvasive real-time histological imaging. Extensive in vitro and in vivo tests using a porcine model showed the robot’s ability to execute sweeping motions, identify lesions, and generate detailed three-dimensional scans of gastrointestinal subsurface tissue. This research not only restores a critical movement capability to magnetic medical robots but also enables additional clinical applications deep within the human body.

医療・健康
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