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工程师们设计了一个心脏右心室的机器人复制品

本站发布时间:2023-12-16 14:56:24

麻省理工学院开发了一种心脏右心室的复制品,它模仿了活心脏的搏动和抽血作用

左心室用合成的气球状人工肌肉填充真实的心脏组织,使科学家能够在观察天然瓣膜和其他复杂结构功能的同时控制心室的收缩

人工心室可以建立在不同的状态和疾病状态研究小组对模型进行了操作,以模拟右心室功能障碍的情况,包括肺动脉高压和心肌梗死他们把模型比作心脏设备例如,机械式心脏瓣膜修复了一个发生结构性故障的瓣膜,然后观察心室的泵送反应是如何改变的

新的机器人右心室,或RRV,可以用作研究右心室排列顺序和测试设备的现实平台,并治疗导致这些疾病的疾病

麻省理工学院医学工程与科学研究所(IMES)的使徒ManishaSingh说:“右心室在张力监护装置设置中,特别是在机械通气设备中,特别容易出现功能障碍。”“RRV模拟将在未来重新研究机械通气对右心室的影响,并制定预防易受伤害患者右心衰竭的策略。”

Singhandercollegles在Nature Cardiovascular Research上发表的论文中报告了新设计的详细信息她的共同作者包括美国机械工程与信息技术研究所的核心成员Ellen Roche副教授,以及美国机械工程和信息技术研究院的JeanBonnemain、CaglarOzturk、ClaraPark、DiegoQuevedo Moreno、MeaganRowlett和Yiling Fan、马萨诸塞州总医院的Brian AyersofMassachusetts、克利夫兰诊所的Christopher Nguyen和波士顿儿童医院的Mossab Saeed

珠峰

左心室和左心室一起清洁左心房在四个腔室中,左边的腔室更重,因为建造了一个厚的锥形肌肉库,用于通过整个身体泵送血液Rochele说,右心室是一种“芭蕾舞演员”般的不可比拟的东西,而不是像坩埚一样对齐

“右心室泵向肺部充氧血液,因此不会直接泵送,”Roche指出“它更柔软,结构和动作更复杂。”

这种解剖学上的复杂性使得临床医生很难准确地观察和评估心脏病患者的右心室功能

“常规工具往往无法掌握右心室的心室机制和动力学,导致潜在的诊断和治疗策略不均衡,”Singhsays

为了更好地理解和了解心脏起搏器和心脏起搏器的发展,我们设计了一个逼真的、功能性的右心室模型,用于复杂的心脏捕获和恢复其泵送功能

模型包括所有的心脏组织,由于其内部的天然结构过于复杂,无法合成,因此选择将其合并

Roche解释道:“有一些具有不同材料特性的薄片、薄片和瓣叶,它们都与心室的肌肉有关。试图铸造或打印这些非常精美的结构是一种挑战。”

A的保质期

在这项新研究中,研究人员报告了猪右心室的植入,他们对其进行了精心处理,以保留内部结构这种不稳定的物质包裹着它,起着柔软的、合成的心肌或肌肉的作用在这一过程中,该模型嵌入了几根长的气球状管道,这些管道环绕着整个心脏组织,并确定了粗略的计算模型,以优化心室收缩他们将每个管连接到控制系统,然后将其设置为平板,并将每个管设置为模拟其真实节奏和动作的测试

托特斯的泵送能力,测试融合了与血液粘度相似的液体模型这种设备特别透明,使工程师能够通过内部摄像机观察内部阀门和结构如何与心室泵送的液体相对应

他们发现,人工心室的泵送功率和内部结构的功能与之前观察到的实际健康指标非常相似,这表明该模型可以实现与心室功能和大小相关的所有模拟这些转换器还可以调节泵管的频率和功率,以适应各种心脏状况,如心跳不规则、肌肉衰弱和高血压

“我们正在恢复大脑、中脑和其他我们可以研究和潜在的胰腺功能障碍的地方,”Roche说

为了证明人工心室可以用来测试心脏设备,该医生建议像各种药物一样植入不同类型的心脏,或将心室的三尖瓣——一种简单的单向阀,让血液进入右心室当这个瓣膜破裂,或者被压迫时,它可能会导致轻度心力衰竭或三次脑震荡,并导致容量下降、腿部和腹部肿胀和静脉扩张等症状

为了模拟这种情况,安全阀必须手动操作,通过植入机械阀或使用不同尺寸的环形装置进行修复他们观察到哪种设备在继续泵送的情况下改善了心室的流体流动

Singhsays说:“RRV具有精确治疗复杂三尖瓣功能障碍的能力,是急诊和介入心脏病专家的理想训练基础。”“这是一种在治疗实际患者之前修复或放置三尖瓣的新外科技术。”

目前,RRV可以在几个月内模拟模拟功能该团队正在努力提高性能,并使该模型能够连续进行更长时间的测试他们正在与植入设备的设计人员合作,在人工心室上测试他们的原型,并可能为患者提供路径展望未来,罗氏计划在左心室停止使用类似的人工功能模式的RRV,该组目前正在对其进行微调


来源:

Materials provided by
Massachusetts Institute of Technology. Original written by Jennifer Chu.
注明: Content may be edited for style and length.


参考:

  1. Manisha Singh, Jean Bonnemain, Caglar Ozturk, Brian Ayers, Mossab Y. Saeed, Diego Quevedo-Moreno, Meagan Rowlett, Clara Park, Yiling Fan, Christopher T. Nguyen, Ellen T. Roche.
    Robotic right ventricle is a biohybrid platform that simulates right ventricular function in (patho)physiological conditions and intervention. Nature Cardiovascular Research, 2023; DOI: 10.1038/s44161-023-00387-8

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