RU2653795C1 - Medical robot - Google Patents

Medical robot Download PDF

Info

Publication number
RU2653795C1
RU2653795C1 RU2017122387A RU2017122387A RU2653795C1 RU 2653795 C1 RU2653795 C1 RU 2653795C1 RU 2017122387 A RU2017122387 A RU 2017122387A RU 2017122387 A RU2017122387 A RU 2017122387A RU 2653795 C1 RU2653795 C1 RU 2653795C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
robot
chemical sensor
electric drive
electrically connected
tool
Prior art date
Application number
RU2017122387A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Андреевич Журавлёв
Original Assignee
Дмитрий Андреевич Журавлёв
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Дмитрий Андреевич Журавлёв filed Critical Дмитрий Андреевич Журавлёв
Priority to RU2017122387A priority Critical patent/RU2653795C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2653795C1 publication Critical patent/RU2653795C1/en

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/68Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6846Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be brought in contact with an internal body part, i.e. invasive
    • A61B5/6847Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be brought in contact with an internal body part, i.e. invasive mounted on an invasive device
    • A61B5/6852Catheters
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61MDEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M1/00Suction or pumping devices for medical purposes; Devices for carrying-off, for treatment of, or for carrying-over, body-liquids; Drainage systems
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61MDEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M37/00Other apparatus for introducing media into the body; Percutany, i.e. introducing medicines into the body by diffusion through the skin
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82BNANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B1/00Nanostructures formed by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units

Abstract

FIELD: medicine; robotics.
SUBSTANCE: invention relates to medical robotics. Medical robot comprises a housing housed in it at least one moving device with electric drive(s), an analyzing device and at least one tool with an electric drive. Analyzing device is made in the form of a chemical sensor and is located on the front part of the housing on which a piezoelectric element is also located, Electric drive(s) of the moving means are electrically connected to the chemical sensor, electric drive(s) of the tool(s) is electrically connected to the piezoelectric element, chemical sensor and piezoelectric element are made in the form of a ring. Chemical sensor is located at the edge of the front part of the robot.
EFFECT: technical result consists in increasing reliability and accuracy, expanding the functionality and simplifying the design of the medical robot.
8 cl, 4 dwg

Description

Медицинский роботMedical robot

Изобретение относится к медицинской робототехнике и может быть использовано при доставке лекарств в заданную точку организма, точечном лечении больных тканей, клеток, уничтожении раковых клеток, паразитов, бактерий и вирусов.The invention relates to medical robotics and can be used in the delivery of drugs to a given point in the body, the targeted treatment of diseased tissues, cells, the destruction of cancer cells, parasites, bacteria and viruses.

Одним из самых перспективных направлений современной медицинской робототехники является разработка роботов малых размеров (от нескольких миллиметров и менее), обладающих функциями движения, обработки, передачи информации, исполнения программ и предназначенных для проникновения в организм с целью осуществления оздоровительных работ.One of the most promising areas of modern medical robotics is the development of small robots (from a few millimeters or less) that have the functions of movement, processing, transmission of information, execution of programs and designed to penetrate the body in order to carry out recreational work.

Некоторые виды нанороботов представляют собой роботов, способных точно взаимодействовать с наноразмерными объектами или манипулировать объектами, в частности, размером менее 1 мкм.Some types of nanorobots are robots that can accurately interact with nanoscale objects or manipulate objects, in particular, with a size of less than 1 micron.

Известен спиральный плавающий микроробот, перемещающийся посредством искусственных свитых в спираль плоских лент, связанных с магнитной головкой, управляемой внешним магнитным полем. Длина лент составляет от 25 до 75 мкм, толщина - 27-42 нм, ширина - менее 2 мкм, а диаметр спирали составляет около 3 мкм (Li Zhang, Jake J. Abbott, Lixin Dong, Bradley E. Kratochvil, Dominik Bell at al. Artificial bacterial flagella: Fabrication and magnetic control. Applied Physics Letters, 94, 064107 (2009)).Known spiral floating microrobot moving by means of artificial spiral twisted flat ribbons connected with a magnetic head controlled by an external magnetic field. The length of the tapes is from 25 to 75 μm, the thickness is 27-42 nm, the width is less than 2 μm, and the spiral diameter is about 3 μm (Li Zhang, Jake J. Abbott, Lixin Dong, Bradley E. Kratochvil, Dominik Bell at al Artificial bacterial flagella: Fabrication and magnetic control. Applied Physics Letters, 94, 064107 (2009)).

Единственный способ управления движением этого устройства в организме заключается в создании внешних электромагнитных полей. Это сильно снижает точность его позиционирования и, соответственно, затрудняет точечное лечение. К недостаткам также можно отнести высокую сложность управления при помощи средств визуализации его положения.The only way to control the movement of this device in the body is to create external electromagnetic fields. This greatly reduces the accuracy of its positioning and, accordingly, makes it difficult to spot treatment. The disadvantages can also be attributed to the high complexity of control with the help of visualization of its position.

Известен эндовазальный миниробот, предназначенный для перемещения диагностических, хирургических и терапевтических технических средств внутри трубчатых органов и включающий средство перемещения, обеспечивающее перистальтический принцип движения и представляющее собой движитель, выполненный в виде раздельных транспортных модулей, каждый из которых установлен с возможностью соединения с другими модулями, и разъема, по меньшей мере, один соединенный с ними измерительный модуль, на котором размещены средства контроля, по меньшей мере, один соединенный с ними воздействующий модуль, на котором установлены средства воздействия, причем транспортные модули представляют собой тонкостенные конструкции, содержащие оболочечные и упругие деформируемые элементы (RU 2218191 С2, А61М 29/00, 10.12.2003).Known endovasal mini-robot, designed to move diagnostic, surgical and therapeutic equipment inside the tubular organs and includes a means of movement that provides the peristaltic principle of movement and is a mover made in the form of separate transport modules, each of which is installed with the possibility of connection with other modules, and of the connector, at least one measuring module connected to them, on which the monitoring means of at least one acting module connected to them, on which the means of influence are installed, the transport modules being thin-walled structures containing shell and elastic deformable elements (RU 2218191 C2, A61M 29/00, 12/10/2003).

Известно устройство, предназначенное для перемещения в полости трубчатых органов, содержащее механизм передвижения, средства захвата и перемещения доставляемого материала (инструмента), расширяющуюся часть, выполненную с возможностью плотного прилегания к стенкам трубчатого органа с целью фиксации устройства вблизи цели (места лечения), и схему управления, частично установленную непосредственно на устройстве и обеспечивающую дистанционный контроль данного устройства (US 7998060 В2, A61B 1/00, 16.08.2011).A device is known for moving in the cavity of the tubular organs, containing a mechanism of movement, a means of gripping and moving the delivered material (tool), an expanding part configured to fit snugly against the walls of the tubular organ in order to fix the device near the target (treatment site), and a diagram control, partially installed directly on the device and providing remote control of this device (US 7998060 B2, A61B 1/00, 08/16/2011).

Наиболее близким аналогом предложенного изобретения является медицинский микроробот, содержащий корпус, внутри которого последовательно по ходу движения робота расположены электрически связанные между собой блок питания, блок управления и средство передвижения в виде гребного механизма. В конструкцию робота введены установленный перед блоком питания блок получения и передачи изображения (анализирующее устройство), электрически связанный с блоками питания и управления, установленный за блоком питания инструмент для лечения в виде контейнера для транспортировки лекарственных веществ с управляемой заслонкой и установленный за гребным механизмом винтовой или жгутиковый движитель с пьезоэлектрическим двигателем, электрически соединенным с блоками управления и питания, а корпус выполнен в виде гибкого чехла, надетого на систему трех соединенных между собой со сдвигом в 120° в плоскости поперечного сечения триподных механизмов, каждый из которых содержит последовательно соединенные триподы, при этом верхняя платформа одного трипода является нижней платформой последующего, а платформы выполнены в виде образующих треугольник штанг, состоящих из двух частей, между которыми расположены актуаторы с линейными электроприводами, электрически связанными с блоками управления и питания; гребные механизмы, установленные в узлах крепления штанг платформ, содержат гибкие жгутики, связанные с пьезоэлектрическими поворотными электроприводами, электрически связанными с блоками управления и питания (RU 2469752 С1, А61М 37/00, 20.12.2012).The closest analogue of the proposed invention is a medical micro-robot containing a housing, inside of which, successively moving the robot, a power supply unit, a control unit and a vehicle in the form of a propeller mechanism are arranged electrically connected to each other. The robot design includes the image acquisition and transmission unit (analyzer) installed in front of the power supply unit, electrically connected to the power supply and control units, a treatment tool installed behind the power supply unit in the form of a container for transporting drugs with a controlled shutter and installed behind a screw or screw propeller flagellum mover with a piezoelectric motor electrically connected to the control and power units, and the body is made in the form of a flexible cover worn on a system of three tripod mechanisms connected to each other with a shift of 120 ° in the cross-sectional plane, each of which contains tripods connected in series, while the upper platform of one tripod is the lower platform of the subsequent one, and the platforms are made in the form of two-part triangles, between which there are actuators with linear electric drives electrically connected to control and power units; rowing mechanisms installed in the attachment points of the platform rods contain flexible flagella associated with piezoelectric rotary electric drives electrically connected to control and power units (RU 2469752 C1, A61M 37/00, 12.20.2012).

Общим недостатком всех описанных медицинских роботов является их конструктивная сложность и отсутствие возможности автономной работы - они производят перемещение и лечебные операции при помощи дистанционных систем управления, которые на данный момент не могут обеспечить большую точность на микро- и тем более на наноуровне. При внезапном отказе системы управления определить местоположение и извлечь роботов из организма довольно затруднительно в виду их малых размеров, и в то же время обеспечить высокую надежность сложной системы управления роботов столь малых размеров и предназначенных для выполнения операций на микро- и наноуровне в рамках современного промышленного производства тоже очень сложно.A common drawback of all the described medical robots is their structural complexity and the lack of the possibility of autonomous operation - they perform movement and medical operations using remote control systems, which at the moment cannot provide greater accuracy at the micro and especially at the nanoscale. In the event of a sudden failure of the control system, it is quite difficult to determine the location and remove robots from the body due to their small size, and at the same time to ensure high reliability of the complex control system of robots of such small sizes and designed to perform operations at the micro and nanoscale in the framework of modern industrial production also very difficult.

Задачей предложенного изобретения является разработка высокоточного медицинского наноробота, предназначенного для перемещения внутри живого организма и проведения лечебных операций, с упрощенной конструкцией и способного работать в автономном режиме.The objective of the proposed invention is the development of a high-precision medical nanorobot designed to move inside a living organism and conduct medical operations, with a simplified design and capable of working offline.

Техническим результатом предложенного изобретения является повышение точности работы, расширение функциональности и упрощение конструктивного исполнения медицинского робота.The technical result of the proposed invention is to improve the accuracy of work, expanding functionality and simplifying the design of a medical robot.

Технический результат достигается за счет того, что предложен медицинский робот, содержащий корпус 1, размещенные в нем по меньшей мере одно средство передвижения 7 и/или 9 с электроприводом(-ами), анализирующее устройство и по меньшей мере один инструмент 5 с электроприводом, при этом анализирующее устройство выполнено в виде химического сенсора 2 и расположено на фронтальной части корпуса 1, на которой также расположен пьезоэлектрический элемент 4, электропривод(-ы) средств(-а) передвижения 7 и/или 9 электрически соединен(-ы) с химическим сенсором 2, электропривод(-ы) инструмента(-ов) 5 электрически соединен(-ы) с пьезоэлектрическим элементом 4, химический сенсор и пьезоэлектрический элемент выполнены в виде кольца, при этом химический сенсор расположен по краю фронтальной части робота.The technical result is achieved due to the fact that the proposed medical robot containing the housing 1, placed in it at least one vehicle 7 and / or 9 with electric drive (s), an analyzing device and at least one tool 5 with electric drive, This analyzing device is made in the form of a chemical sensor 2 and is located on the front of the housing 1, on which the piezoelectric element 4 is also located, the electric drive (s) of the means (s) of movement 7 and / or 9 are electrically connected (s) with the chemical sensor 2, the electric drive (s) of the tool (s) 5 are electrically connected (s) with the piezoelectric element 4, the chemical sensor and the piezoelectric element are made in the form of a ring, while the chemical sensor is located on the edge of the front of the robot.

Робот может содержать средство перемещения в виде насоса 7 с электроприводом, расположенного в сквозной полости 6, проходящей вдоль оси робота, и/или средство перемещения в виде гребного механизма 9 с гибкими жгутиками 10, расположенными на внешней поверхности корпуса 1, и пьезоэлектрическим(-и) поворотным(-и) электроприводом(-ами).The robot may include a means of movement in the form of a pump 7 with an electric drive located in a through cavity 6 extending along the axis of the robot, and / or a means of movement in the form of a rowing mechanism 9 with flexible flagella 10 located on the outer surface of the housing 1, and piezoelectric (s ) rotary (s) electric drive (s).

Робот может содержать инструмент(-ы) 5 в виде впрыскивателя(-ей) и/или режущего(-их) инструмента(-ов).The robot may contain tool (s) 5 in the form of an injector (s) and / or cutting tool (s).

Химический сенсор 2 может быть выполнен в виде электрохимического, представляющего собой гальванический элемент с нанесенной на него полупроницаемой мембраной 3.The chemical sensor 2 can be made in the form of an electrochemical, which is a galvanic cell with a semi-permeable membrane 3 applied to it.

Робот может содержать элементы, выполненные из магнитного материала.The robot may contain elements made of magnetic material.

В частности, из магнитного материала могут быть выполнены движители средств перемещения.In particular, propulsion devices can be made of magnetic material.

Робот может дополнительно содержать блок питания 11, электрически соединенный через электронный ключ 15 с электроприводом(-ами) 12 и/или 13 средств(-а) передвижения, а электронный ключ 15 электрически соединен с химическим сенсором 2.The robot may further comprise a power supply 11, electrically connected through an electronic key 15 to the electric drive (s) 12 and / or 13 means (s) of movement, and the electronic key 15 is electrically connected to a chemical sensor 2.

Блок питания 11 может быть также электрически соединен через дополнительный электронный ключ 16 с электроприводом(-ами) 14 инструмента(-ов) 5, а электронный ключ электрически 16 соединен с пьезоэлектрическим элементом 4.The power supply 11 can also be electrically connected through an additional electronic key 16 to the electric drive (s) 14 of the tool (s) 5, and the electronic key is electrically 16 connected to the piezoelectric element 4.

Сущность изобретения поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

Предложенный робот изображен на фиг. 1 (вид сбоку) и фиг. 2 (вид спереди).The proposed robot is shown in FIG. 1 (side view) and FIG. 2 (front view).

На фиг. 3 изображен кольцевой электрохимический сенсор (без полупронецаемой мембраны).In FIG. 3 shows a ring electrochemical sensor (without a semi-permeable membrane).

На фиг. 4 изображена принципиальная схема медицинского робота с включенным в его конструкцию блоком питания.In FIG. 4 shows a schematic diagram of a medical robot with a power supply included in its design.

На чертежах обозначены следующие элементы:In the drawings, the following elements are indicated:

1 - корпус,1 - housing

2 - химический сенсор,2 - chemical sensor,

3 - полупронецаемая мембрана,3 - semi-permeable membrane,

4 - пьезоэлектрический элемент (пьезоэлектрический преобразователь),4 - a piezoelectric element (piezoelectric transducer),

5 - инструменты с электроприводами,5 - tools with electric drives,

6 - сквозная полость,6 - through cavity

7 - насос,7 - pump

8 - электроды,8 - electrodes

9 - гребной механизм с электроприводом(-ами),9 - rowing mechanism with electric drive (s),

10 - гибкие жгутики,10 - flexible flagella,

11 - блок питания,11 - power supply,

12 - электропривод насоса,12 - electric pump,

13 - электропривод гребного механизма,13 - electric propulsion mechanism,

14 - электропривод инструмента,14 - electric tool,

15 - электронный ключ в сети с электроприводами средства передвижения,15 is an electronic key in a network with electric vehicles,

16 - электронный ключ в сети в электроприводом инструмента (дополнительный).16 - electronic key in the network in the electric tool (optional).

Поскольку морфологическое изменение живых тканей складывается из морфологических изменений клеток, которые образуют эту ткань, справедливо сказать, что любая болезнь первоначально начинается на клеточном уровне. Первопричиной нарушения нормальной жизнедеятельности организма являются различные формы онкоза клеток, неблагоприятно протекающий апоптоз (индуцированный, апоптоз клеток в стареющем организме), некроз, который может быть вызван, в том числе, изолированным разрушением межклеточного вещества, и другие формы нарушения нормального функционирования клеток. Огромную роль в нарушении деятельности клеток играют паразиты, в частности болезнетворные микроорганизмы - бактерии и вирусы, которые выделяют вредные продукты жизнедеятельности - активные химические вещества, проникающие через мембраны клеток и изменяющие их химический состав.Since the morphological change in living tissues is made up of the morphological changes in the cells that form this tissue, it is fair to say that any disease initially begins at the cellular level. The root cause of a disturbance in the normal functioning of the body is various forms of cell oncosis, unfavorable apoptosis (induced, cell apoptosis in an aging body), necrosis, which can be caused, among other things, by isolated destruction of the intercellular substance, and other forms of disturbance in the normal functioning of cells. A huge role in disrupting the activity of cells is played by parasites, in particular pathogens - bacteria and viruses that secrete harmful waste products - active chemicals that penetrate the cell membranes and change their chemical composition.

Таким образом, паразитам и больным клеткам свойственно выделять специфические соединения.Thus, parasites and diseased cells tend to secrete specific compounds.

Так, например, раковая клетка выделяет онкобелки и токсические вещества, приводящие к распаду белковых структур. Большинство нездоровых клеток содержит большое количество мочевой кислоты и ее солей, калия, фосфатов и производных молочной кислоты.For example, a cancer cell releases oncoproteins and toxic substances, leading to the breakdown of protein structures. Most unhealthy cells contain large amounts of uric acid and its salts, potassium, phosphates and lactic acid derivatives.

При процессах гниения в органах и тканях выделяется аммиак, сероводород, первичные и вторичные амины при неполной минерализации продуктов разложения - трупные яды (например, путресцин и кадаверин), ароматические соединения (например, скатол, индол, которые образуются в результате дезаминирования и декарбоксилирования аминокислоты триптофана). Гниение серосодержащих аминокислот (цистеина, цистина и метионина) приводит к выделению сероводорода, тиолов и диметилсульфоксида.During the processes of decay, ammonia, hydrogen sulfide, primary and secondary amines are released in organs and tissues during incomplete mineralization of decomposition products - cadaveric poisons (for example, putrescine and cadaverine), aromatic compounds (for example, scatol, indole, which are formed as a result of deamination and decarboxylation of the amino acid tryptophan ) The decay of sulfur-containing amino acids (cysteine, cystine and methionine) leads to the release of hydrogen sulfide, thiols and dimethyl sulfoxide.

В данном изобретении направление и скорость движения медицинского робота предлагается задавать с помощью сигнала химического сенсора 2 с полупроницаемой мембраной 3, обеспечивающей селективный перенос соединений вышеописанных видов.In this invention, the direction and speed of the medical robot is proposed to be set using the signal of a chemical sensor 2 with a semipermeable membrane 3, which provides selective transfer of compounds of the above types.

Химические сенсоры представляют собой чувствительные элементы, генерирующие аналитический сигнал, сила которого зависит от концентрации определяемого компонента в анализируемой среде. Неотъемлемой частью химического сенсора является преобразователь химической энергии, биохимического или физического процессов, лежащих в основе определения, в электрический сигнал.Chemical sensors are sensitive elements that generate an analytical signal, the strength of which depends on the concentration of the detected component in the analyzed medium. An integral part of a chemical sensor is the converter of chemical energy, biochemical or physical processes underlying the definition into an electrical signal.

Наиболее конструктивно простыми, портативными и недорогими химическими сенсорами являются электрохимические. Они составляют наиболее разработанную и широко используемую группу среди остальных сенсоров. Чувствительный элемент (трансдьюсер) данного типа сенсоров представляет собой гальванический элемент, в котором два электрода и электролит отделены от анализируемой среды избирательно-проницаемой мембраной. Подобная гальваническая ячейка способна генерировать электрический сигнал без дополнительных преобразователей химической энергии, что позволяет изготовить его более миниатюрным.The most structurally simple, portable and inexpensive chemical sensors are electrochemical. They constitute the most developed and widely used group among other sensors. The sensitive element (transducer) of this type of sensor is a galvanic cell in which two electrodes and an electrolyte are separated from the analyzed medium by a selectively permeable membrane. Such a galvanic cell is capable of generating an electrical signal without additional converters of chemical energy, which makes it possible to make it more miniature.

Химический сенсор 2 с полупроницаемой мембраной 3, изготовленной с возможностью пропускания того или иного вещества, при протекании в нем (электро-)химической реакции вырабатывает электрический импульс, который поступает на электропривод(-ы) средств(-а) передвижения 7 и/или 9.A chemical sensor 2 with a semi-permeable membrane 3, made with the possibility of passing one or another substance, when a (electro) chemical reaction occurs in it, generates an electrical impulse that is supplied to the electric drive (s) of the means (s) of movement 7 and / or 9 .

Средство передвижения может представлять собой насос 7 с электроприводом, расположенный в сквозной полости 6, проходящей вдоль оси робота, и/или гребной механизм 9 с гибкими жгутиками 10, расположенными на внешней поверхности корпуса, и пьезоэлектрическим поворотным электроприводом, как в прототипе. При этом чем больше сквозь мембрану будет проходить определяемого вещества, тем больший ток станет поступать на электропривод(-ы) средств(-а) передвижения, обеспечивая более быстрое перемещение робота в нужном направлении.The vehicle may be an electric pump 7 located in a through cavity 6 extending along the axis of the robot, and / or a rowing mechanism 9 with flexible flagella 10 located on the outer surface of the housing, and a piezoelectric rotary electric drive, as in the prototype. Moreover, the more the analyte passes through the membrane, the greater the current will flow to the electric drive (s) of the means (s) of movement, providing a faster movement of the robot in the desired direction.

Если робот будет содержать элементы, выполненные из магнитного материала, то определять его местонахождение, отслеживать по магнитному полю, а также контролировать его передвижение до области лечения можно будет с помощью магнитно-резонансного томографа, при этом дальнейшее перемещение робота к месту лечения, требующее большей точности, будет осуществляться в автономном режиме по описанной выше схеме при помощи химического сенсора.If the robot contains elements made of magnetic material, then it will be possible to determine its location, track by the magnetic field, and also control its movement to the treatment area using a magnetic resonance imager, while further moving the robot to the treatment site, requiring greater accuracy , will be carried out offline according to the scheme described above using a chemical sensor.

Поскольку нанороботы самостоятельно находят больные ткани и паразитов, если заранее знать расположение последних, то обнаружение вышедших из строя роботов, содержащих элементы, выполненные из магнитного материала, упрощается.Since nanorobots independently find diseased tissues and parasites, if you know the location of the latter in advance, the detection of failed robots containing elements made of magnetic material is simplified.

Если из магнитного материала будет изготовлен движитель средства перемещения (лопатки насоса, гибкие жгутики), то указанное средство можно будет приводить в движение с помощью создания внешнего магнитного поля.If a propulsor of a moving means (pump blades, flexible flagella) is made of magnetic material, then this means can be set in motion by creating an external magnetic field.

Оказавшись в месте организма, где необходимо произвести лечение, изначально робот не ориентирован в нужном направлении. Однако его фронтальная часть начнет поворачиваться в ту сторону, откуда поступает большее количество определяемого вещества, и именно в этом направлении он начнет целенаправленное движение с ускорением за счет того, что чем ближе он будет подходить к цели, тем в окружающей среде будет находиться больше определяемого вещества.Once in the place of the body where treatment is necessary, initially the robot is not oriented in the right direction. However, its frontal part will begin to turn in the direction from which a larger amount of the analyte comes in, and it is in this direction that it will begin to purposefully move with acceleration due to the fact that the closer it approaches the target, the more the analyte will be in the environment .

Таким образом, робот с ускорением доберется до живой ткани, требующей лечения, или до паразита, которого необходимо уничтожить. За счет соприкосновения с тканью или паразитом пьезоэлектрический элемент 4 вырабатывает электрический импульс, который передается на электропривод(-ы) инструмента(-ов) 5.Thus, the robot accelerates to live tissue that needs treatment, or to the parasite that needs to be destroyed. Due to contact with a tissue or parasite, the piezoelectric element 4 generates an electrical impulse that is transmitted to the electric drive (s) of the tool (s) 5.

Если инструмент представляет собой впрыскиватель лекарства (или яда для раковых клеток и паразитов), то электропривод 14 открывает перегородку (на чертежах не показана) впрыскивателя, и лекарство (яд) воздействует на ткань (паразита).If the tool is a drug injector (or poison for cancer cells and parasites), then the electric drive 14 opens the partition (not shown) of the injector, and the medicine (poison) acts on the tissue (parasite).

Если инструмент выполнен в виде ножа (режущий инструмент), то электропривод обеспечивает его поступательное движение вперед, за счет чего режущий инструмент наносит повреждения паразитам, либо срезает холестериновые бляшки со стенок сосудов.If the tool is made in the form of a knife (cutting tool), then the electric drive ensures its forward forward movement, due to which the cutting tool causes damage to parasites, or cuts cholesterol plaques from the walls of blood vessels.

Чтобы вырабатывать электрические импульсы большей силы, что, в свою очередь, необходимо для более быстрой работы средств(-а) перемещения 7 и/или 9 и инструмента(-ов) 5, необходимо использовать химический сенсор 2 с большей поверхностью соприкосновения с исследуемой средой и также пьезоэлектрический элемент 4 с большей поверхностью. Этого можно достигнуть, если использовать химический сенсор 2 и пьезоэлектрический элемент 4 в виде кольца.In order to generate electric pulses of greater strength, which, in turn, is necessary for faster operation of the means (s) of movement 7 and / or 9 and the tool (s) 5, it is necessary to use a chemical sensor 2 with a larger contact surface with the medium under study and also a piezoelectric element 4 with a larger surface. This can be achieved by using a chemical sensor 2 and a piezoelectric element 4 in the form of a ring.

Выполнение химического сенсора в виде кольца, расположенного по краю фронтальной части робота, позволяет быстрее и точнее ориентировать его движение в направлении, соответствующем направлению увеличения концентрации аналита, поскольку данная концентрация станет улавливаться всеми диаметрально противоположными точками фронтальной части робота.The execution of a chemical sensor in the form of a ring located on the edge of the front of the robot allows you to quickly and more accurately orient its movement in the direction corresponding to the direction of increasing analyte concentration, since this concentration will be captured by all diametrically opposite points of the front of the robot.

Выполнение пьезоэлектрического элемента в виде кольца обеспечивает своевременное активирование электропривода инструмента, которое происходит при соприкосновении с объектом всей или большей части поверхности пьезоэлектрического элемента. При его выполнении иной формы электродвигатель инструмента может сработать, когда данный элемент достиг объекта, а другие части фронтальной стороны робота и лечащий инструмент не достигли, либо не направлены на объект. В то же время вероятность соприкосновения с объектом пьезоэлектрического элемента повышается в том случае, если он будет повторять форму химического сенсора.The execution of the piezoelectric element in the form of a ring ensures timely activation of the electric drive of the tool, which occurs when the object touches the entire or most of the surface of the piezoelectric element. When it is executed in a different form, the electric motor of the tool can work when this element has reached the object, and other parts of the front side of the robot and the healing tool have not reached or are not directed at the object. At the same time, the probability of contact with the object of the piezoelectric element increases if it repeats the shape of a chemical sensor.

Таким образом, форма химического сенсора и пьезоэлектрического элемента значительно повышают точность работы медицинского робота.Thus, the shape of the chemical sensor and the piezoelectric element significantly increase the accuracy of the medical robot.

Химический сенсор 2 может представлять собой биосенсор. Электрохимический биосенсор, как правило, включает в себя три электрода: электрод сравнения, рабочий и вспомогательный. На поверхность рабочего электрода наносят биологический материал, который специфически вступает в реакцию с анализируемым веществом. Заряженные продукты реакции создают на рабочем электроде потенциал. Разность потенциалов рабочего электрода и электрода сравнения формирует выходящий сигнал.Chemical sensor 2 may be a biosensor. The electrochemical biosensor, as a rule, includes three electrodes: a reference electrode, a working one and an auxiliary one. Biological material is applied to the surface of the working electrode, which specifically reacts with the analyte. Charged reaction products create potential at the working electrode. The potential difference of the working electrode and the reference electrode forms an output signal.

Электроды электрохимического сенсора могут быть выполнены в виде кольца (фиг. 3).The electrodes of the electrochemical sensor can be made in the form of a ring (Fig. 3).

В слишком вязких средах работа средств передвижения под действием слабых импульсов химического сенсора может быть значительно затруднена. Для решения этой проблемы в конструкцию робота можно включить блок питания 11, который необходимо электрически соединить через электронный ключ 15 с электроприводом(-ами) 12 и/или 13 средств(-а) передвижения (насоса и гребного механизма), а электронный ключ электрически соединить с химическим сенсором 2.In too viscous media, the operation of vehicles under the influence of weak pulses of a chemical sensor can be significantly difficult. To solve this problem, a power supply 11 can be included in the robot design, which must be electrically connected via an electronic key 15 to the electric drive (s) 12 and / or 13 of the vehicle (s) (pump and propeller), and the electronic key must be electrically connected with chemical sensor 2.

Также можно усилить работу инструмента(-ов) 5, электрически подсоединив блок питания 11 через электронный ключ 16 к электроприводу 14 каждого инструмента, при этом подсоединив электронный ключ 16 к пьезоэлектрическому элементу 4.You can also enhance the operation of the tool (s) 5 by electrically connecting the power supply 11 through an electronic key 16 to the electric drive 14 of each instrument, while connecting the electronic key 16 to the piezoelectric element 4.

Таким образом, предложенный высокоточный медицинский наноробот способен проводить более точные и надежные операции за счет того, что может в автономном режиме находить, пролечивать больные ткани и клетки, а также уничтожать паразитов и раковые клетки без дистанционных систем управления, которые на данный момент не могут обеспечить большую точность на микро- и тем более на наноуровне. Поскольку в качестве инструмента лечения робот может содержать впрыскиватель лекарства и/или режущий инструмент для уничтожения паразитов, раковых клеток и удаления холестериновых бляшек со стенок сосудов, он обладает расширенной функциональностью. Исключение сложной системы управления и блока получения и передачи изображения, которые содержатся в роботе-прототипе, упрощает конструкцию и обеспечивает возможность изготовления робота с меньшими габаритами.Thus, the proposed high-precision medical nanorobot is able to carry out more accurate and reliable operations due to the fact that it can autonomously find, treat diseased tissues and cells, as well as destroy parasites and cancer cells without remote control systems that currently cannot provide greater accuracy at the micro and especially at the nanoscale. Since the robot may contain a drug injector and / or a cutting tool to kill parasites, cancer cells and remove cholesterol plaques from the walls of blood vessels as a treatment tool, it has enhanced functionality. The exclusion of a complex control system and a block for receiving and transmitting images that are contained in the prototype robot simplifies the design and makes it possible to manufacture a robot with smaller dimensions.

Освоение новых нанотехнологий, производства наноразмерных мембран, электродов и двигателей в ближайшей перспективе обеспечит возможность изготовления предложенного робота наноразмерным.The development of new nanotechnologies, the production of nanoscale membranes, electrodes and motors in the near future will provide the possibility of manufacturing the proposed robot nanoscale.

Claims (8)

1. Медицинский робот, содержащий корпус, размещенные в нем по меньшей мере одно средство передвижения с электроприводом(ами), анализирующее устройство и по меньшей мере один инструмент с электроприводом, отличающийся тем, что анализирующее устройство выполнено в виде химического сенсора и расположено на фронтальной части корпуса, на которой также расположен пьезоэлектрический элемент, электропривод(ы) средств(а) передвижения электрически соединен(ы) с химическим сенсором, электропривод(ы) инструмента(ов) электрически соединен(ы) с пьезоэлектрическим элементом, химический сенсор и пьезоэлектрический элементы выполнены в виде кольца, при этом химический сенсор расположен по краю фронтальной части робота.1. A medical robot containing a housing, at least one electric vehicle (s) placed therein, an analyzing device and at least one electric drive, characterized in that the analyzing device is made in the form of a chemical sensor and is located on the front the housing, on which the piezoelectric element is also located, the electric drive (s) of the vehicle (s) are electrically connected (s) to the chemical sensor, the electric drive (s) of the tool (s) are electrically connected (s) to the piezo The electrical element, a chemical sensor and piezoelectric elements are designed as rings, wherein the chemical sensor is located on the front edge of the robot. 2. Робот по п. 1, отличающийся тем, что он содержит средство перемещения в виде насоса с электроприводом, расположенного в сквозной полости, проходящей вдоль оси робота, и/или средство перемещения в виде гребного механизма с гибкими жгутиками, расположенными на внешней поверхности корпуса, и пьезоэлектрическим(и) поворотным(и) электроприводом(ами).2. The robot according to claim 1, characterized in that it comprises means of movement in the form of an electric pump located in a through cavity passing along the axis of the robot, and / or means of movement in the form of a propeller with flexible flagella located on the outer surface of the body , and piezoelectric (s) rotary (s) electric drive (s). 3. Робот по п. 1, отличающийся тем, что он содержит инструмент(ы) в виде впрыскивателя(ей) и/или режущего(их) инструмента(ов).3. The robot according to claim 1, characterized in that it contains the tool (s) in the form of an injector (s) and / or cutting tool (s). 4. Робот по п. 1, отличающийся тем, что химический сенсор выполнен в виде электрохимического, представляющего собой гальванический элемент с нанесенной на него полупроницаемой мембраной.4. The robot according to claim 1, characterized in that the chemical sensor is made in the form of an electrochemical, which is a galvanic cell with a semi-permeable membrane deposited on it. 5. Робот по п. 1, отличающийся тем, что он содержит элементы, выполненные из магнитного материала.5. The robot according to claim 1, characterized in that it contains elements made of magnetic material. 6. Робот по п. 5, отличающийся тем, что из магнитного материала выполнен(ы) движитель(и) средств(а) перемещения.6. The robot according to claim 5, characterized in that the propulsion device (s) of the means (a) of movement are made of magnetic material. 7. Робот по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит блок питания, электрически соединенный через электронный ключ с электроприводом(ами) средств(а) передвижения, а электронный ключ электрически соединен с химическим сенсором.7. The robot according to claim 1, characterized in that it further comprises a power supply unit electrically connected via an electronic key to the electric means (s) of the vehicle (s), and the electronic key is electrically connected to a chemical sensor. 8. Робот по п. 7, отличающийся тем, что блок питания электрически соединен через дополнительный электронный ключ с электроприводом(ами) инструмента(ов), а электронный ключ электрически соединен с пьезоэлектрическим элементом.8. The robot according to claim 7, characterized in that the power supply unit is electrically connected through an additional electronic key to the electric drive (s) of the tool (s), and the electronic key is electrically connected to the piezoelectric element.
RU2017122387A 2017-06-26 2017-06-26 Medical robot RU2653795C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017122387A RU2653795C1 (en) 2017-06-26 2017-06-26 Medical robot

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017122387A RU2653795C1 (en) 2017-06-26 2017-06-26 Medical robot

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2653795C1 true RU2653795C1 (en) 2018-05-14

Family

ID=62152760

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017122387A RU2653795C1 (en) 2017-06-26 2017-06-26 Medical robot

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2653795C1 (en)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU93009723A (en) * 1993-02-24 1995-03-10 Научно-производственное акционерное предприятие "Алтайкузбасстехника" SENSOR OF COLLISION OF THE PASSIVE SAFETY SYSTEM OF THE DRIVER OF THE PASSENGER CAR
RU2041086C1 (en) * 1993-02-24 1995-08-09 Научно-производственное акционерное предприятие "Алтайкузбасстехника" Collision pickup of car safety system
RU2218191C2 (en) * 2002-04-11 2003-12-10 Научно-исследовательский институт радиоэлектроники и лазерной техники Московского государственного технического университета им. Н.Э.Баумана Endovasal mini robot
US7998060B2 (en) * 2004-04-19 2011-08-16 The Invention Science Fund I, Llc Lumen-traveling delivery device
RU2469752C1 (en) * 2011-05-20 2012-12-20 Учреждение Российской академии наук Институт проблем машиноведения Medical microrobot
US20160320381A1 (en) * 2011-09-25 2016-11-03 Theranos, Inc. Systems and methods for multi-analysis
US20170027424A1 (en) * 2006-04-12 2017-02-02 Gearbox, Llc Parameter-based control of a lumen traveling device

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU93009723A (en) * 1993-02-24 1995-03-10 Научно-производственное акционерное предприятие "Алтайкузбасстехника" SENSOR OF COLLISION OF THE PASSIVE SAFETY SYSTEM OF THE DRIVER OF THE PASSENGER CAR
RU2041086C1 (en) * 1993-02-24 1995-08-09 Научно-производственное акционерное предприятие "Алтайкузбасстехника" Collision pickup of car safety system
RU2218191C2 (en) * 2002-04-11 2003-12-10 Научно-исследовательский институт радиоэлектроники и лазерной техники Московского государственного технического университета им. Н.Э.Баумана Endovasal mini robot
US7998060B2 (en) * 2004-04-19 2011-08-16 The Invention Science Fund I, Llc Lumen-traveling delivery device
US20170027424A1 (en) * 2006-04-12 2017-02-02 Gearbox, Llc Parameter-based control of a lumen traveling device
RU2469752C1 (en) * 2011-05-20 2012-12-20 Учреждение Российской академии наук Институт проблем машиноведения Medical microrobot
US20160320381A1 (en) * 2011-09-25 2016-11-03 Theranos, Inc. Systems and methods for multi-analysis

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20230371861A1 (en) Detecting an analyte in a body fluid
CN109069209B (en) Hand-held surgical instruments, surgical tool systems, methods of travel and operation
CN108451488B (en) Intestinal micro-capsule robot with multi-direction in-vivo sampling function
US11903705B2 (en) Detecting an analyte in a body fluid
EP2323564B1 (en) Modular tool with signal feedback
Hoang et al. A robotic biopsy endoscope with magnetic 5-DOF locomotion and a retractable biopsy punch
EP3422936B1 (en) Device for sampling one or more analytes
KR20080096719A (en) Method and devices for non-traumatic movement of a probe through biological cell material
Garcia et al. The role of soft robotic micromachines in the future of medical devices and personalized medicine
DE102005032378A1 (en) Magnetic navigable endoscopy capsule with sensor for detecting a physiological size
Nain et al. Propulsion of an artificial nanoswimmer: a comprehensive review
Li et al. A review of microrobot’s system: Towards system integration for autonomous actuation in vivo
RU2653795C1 (en) Medical robot
Chung et al. Implantable microfluidic and electronic systems for insect flight manipulation
Gafford et al. Snap-on robotic wrist module for enhanced dexterity in endoscopic surgery
JP2006061399A (en) Examination capsule and examination system
Dario et al. Robotics for surgery
Senthilnathan et al. NANOROBOTS-A HYPOTHETICAL CONCEPT OF INTEREST.
De Lorenzo et al. Miniaturized rigid probe driver with haptic loop control for neurosurgical interventions
KR20220154793A (en) Device and method for detecting a human medical condition
Miloro et al. An innovative platform for treatment of vascular obstructions: system design and preliminary results
Rao et al. Nanorobots in Medicine-A New Dimension in Bio Nanotechnology
TW202203864A (en) Diagnosis/treatment assistance robot, diagnosis/treatment assistance robot system, and diagnosis/treatment assistance method
Çelikten et al. Recent advances, issues and patents on medical nanorobots
CN114554935A (en) Ingestible device with manipulative capabilities