Ny forskning kan have betydelige konsekvenser for minimalt invasiv, robothjernekirurgi

Ny forskning kan have betydelige konsekvenser for minimalt invasiv, robothjernekirurgi

Den tidlige forskning testede introduktionen og sikkerheden af ​​det nye implanterbare kateterdesign hos to får for at bestemme dets potentiale til brug ved diagnosticering og behandling af sygdomme i hjernen.

Hvis platformen viser sig at være effektiv og sikker til brug hos mennesker, kan den forenkle diagnosticering og behandling af sygdomme i de dybe, følsomme områder af hjernen og reducere de risici, der er forbundet med diagnose og behandling.

Det kunne hjælpe kirurger med at se dybere ind i hjernen for at diagnosticere sygdomme, anvende behandlinger som medicin og laserablation mere præcist på tumorer og bedre bruge elektroder til dyb hjernestimulering ved sygdomme som Parkinsons og epilepsi.

Hovedforfatter professor Ferdinando Rodriguez y Baena, fra Imperials afdeling for maskinteknik, ledede den europæiske indsats og sagde: "Hjernen er et skrøbeligt, komplekst netværk af tætpakkede nerveceller, der hver spiller sin egen rolle." Når sygdom opstår, ønsker vi at være i stand til at navigere i dette sarte miljø og præcist målrette disse områder uden at beskadige sunde celler.

"Vores nye præcise, minimalt invasive platform forbedrer den aktuelt tilgængelige teknologi og kan, hvis den viser sig sikker og effektiv, forbedre vores evne til sikkert og effektivt at diagnosticere og behandle sygdomme hos mennesker."

Resultaterne blev udviklet som en del af projektet Enhanced Delivery Ecosystem for Neurosurgery in 2020 (EDEN2020) og offentliggjort i PLOS ONE.

Stealth operation

Platformen repræsenterer en forbedring af eksisterende minimalt invasiv eller "nøglehuls"-kirurgi, hvor kirurger indsætter små kameraer og katetre gennem små snit i kroppen.

Det inkluderer et blødt, fleksibelt kateter for at forhindre skade på hjernevæv under behandling og en robotarm udstyret med kunstig intelligens (AI) til at hjælpe kirurger med at navigere kateteret gennem hjernevæv.

Inspireret af de organer, som snyltehvepse bruger til hemmeligt at lægge æg i træbark, består kateteret af fire sammenlåsende segmenter, der glider over hinanden for at tillade fleksibel navigation.

Den er forbundet til en robotplatform, der kombinerer menneskelig input og maskinlæring for omhyggeligt at lede kateteret til sygdomsstedet. Kirurger indsætter derefter optiske fibre over kateteret, så de kan se spidsen og navigere langs hjernevævet ved hjælp af joystick-kontroller.

AI-platformen lærer af kirurgens input og kontaktkræfter i hjernevævet for at styre kateteret med præcision.

Sammenlignet med traditionelle "åbne" kirurgiske teknikker kan den nye tilgang i sidste ende hjælpe med at reducere vævsskader under operationen og forkorte patientens restitutionstid og længden af ​​postoperative hospitalsophold.

Når de udfører minimalt invasiv hjernekirurgi, bruger kirurger dybtgennemtrængende katetre til at diagnosticere og behandle sygdomme. Katetre, der i øjeblikket er i brug, er imidlertid stive og vanskelige at placere præcist uden hjælp af robotbaserede navigationsværktøjer. På grund af katetres ufleksibilitet kombineret med den komplicerede, sarte struktur i hjernen, kan det være svært at placere katetre præcist, hvilket udgør en risiko ved denne type operation.

For at teste deres platform indsatte forskerne kateteret i hjernen på to levende får på universitetet i Milanos Veterinærmedicinske Campus. Fårene fik smertelindring og overvåget for tegn på smerte eller angst 24 timer i døgnet i en uge, før de blev aflivet, så forskerne kunne studere kateterets strukturelle virkninger på hjernevæv.

De fandt ingen tegn på angst, vævsskade eller infektion efter kateterimplantation.

Vores analyse konkluderede, at vi implanterede disse nye katetre sikkert, uden nogen skade, infektion eller lidelse. Hvis vi opnår lige så lovende resultater hos mennesker, håber vi at se denne platform i klinikken inden for fire år.

Vores resultater kan have betydelige konsekvenser for minimalt invasiv, robothjernekirurgi. Vi håber, det vil hjælpe med at forbedre sikkerheden og effektiviteten af ​​nuværende neurokirurgiske procedurer, der kræver præcis brug af behandlings- og diagnostiske systemer, for eksempel i forbindelse med lokaliseret genterapi."

Dr. Riccardo Secoli, hovedforfatter, Imperial Mechanical Engineering Department

Professor Lorenzo Bello, medforfatter til undersøgelsen fra University of Milano, sagde: "En af de vigtigste begrænsninger ved den nuværende MIS er, at den tvinger dig til at få adgang til et dybt sted gennem et borehul i kraniet." en lige bane. Begrænsningen af ​​det stive kateter er dets præcision inden for det bevægelige væv i hjernen og den vævsdeformation, det kan forårsage. Vi har nu fundet ud af, at vores styrbare kateter kan overvinde de fleste af disse begrænsninger."

Denne undersøgelse blev finansieret af EU Horizon 2020-programmet.

Kilde:

Imperial College London

Reference:

Secoli, R., et al. (2022) Modulær robotplatform til præcisionsneurokirurgi med en bioinspireret nål: systemoversigt og første in vivo-brug. PLUS ET. doi.org/10.1371/journal.pone.0275686.

.