Active Lubrication of Transluminal Medical Instruments

要約

翻訳の低侵襲手術は、自然のオリフィスと小さな切開を使用して内部解剖学的構造にアクセスし、迅速な回復と罹患率の低下を促進します。
ただし、ナビゲート機器（キャサテーターと内視鏡）は、解剖学的経路をスルーすると、管腔の壁との摩擦的な相互作用が生じ、穿孔、触覚フィードバックの不良、機器の座屈などの合併症が危険にさらされます。
この論文では、翻訳器具を積極的に潤滑し、周囲の組織で摩擦を動的に減らすための新しいアプローチを提示します。
このアプローチは、機器表面で超音波振動を採用して、接触界面で加圧された流体層を生成し、界面に潤滑し、摩擦を減らします。
このアプローチをプロトタイプカテーテルに実装しました。これは、乾燥した液体潤滑条件、剛性および柔らかいインターフェイス、さまざまな解剖学的曲率に沿って検証しました。
心臓カテーテルのユースケースでは、活性潤滑剤は、既存のブタ大動脈組織で最大42％、硬質基質で82％減少し、健康で石灰化組織でそれぞれ潜在的な性能を示します。
サーマルイメージングにより、組織キャテーター界面の温度が安全な範囲内であることが確認されました。
さらに、このシステムは、カテーテル挿入実験中の座屈を効果的に防ぎ、その可能性をさらに紹介しました。
怪我のリスクを最小限に抑え、手順の安定性を高めることにより、積極的な潤滑は、翻訳介入の安全性と有効性を大幅に向上させることができます。

要約(オリジナル)

Transluminal minimally invasive surgery uses natural orifices and small incisions to access internal anatomical structures, promoting quicker recovery and reduced morbidity. However, navigating instruments–catheters and endoscopes–through anatomical pathways creates frictional interactions with luminal walls, risking complications such as perforation, poor haptic feedback, and instrument buckling. In this paper, we present a new approach to actively lubricate transluminal instruments and dynamically reduce friction with surrounding tissues. This approach employs ultrasonic vibrations, at the instrument surface, to generate a pressurized fluid layer at the contact interface, lubricating the interface and thereby reducing friction. We implemented this approach in a prototype catheter, which we validated under dry and liquid-lubricated conditions, across rigid and soft interfaces, and along varied anatomical curvatures. In a cardiac catheter use case, active lubrication reduced friction by up to 42% on ex-vivo porcine aorta tissue and 82% on rigid substrates, denoting its potential performance on healthy and calcified tissue, respectively. Thermal imaging confirmed that temperature at the tissue-catheter interface remained within safe limits. Additionally, the system effectively prevented buckling during catheter insertion experiment, further showcasing its potential. By minimizing injury risk and enhancing procedural stability, active lubrication can drastically enhance the safety and efficacy of transluminal interventions.

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