Νέα έρευνα θα μπορούσε να έχει σημαντικές επιπτώσεις για την ελάχιστα επεμβατική, ρομποτική χειρουργική εγκεφάλου

Νέα έρευνα θα μπορούσε να έχει σημαντικές επιπτώσεις για την ελάχιστα επεμβατική, ρομποτική χειρουργική εγκεφάλου

Η πρώιμη έρευνα εξέτασε την εισαγωγή και την ασφάλεια του νέου σχεδίου εμφυτεύσιμου καθετήρα σε δύο πρόβατα για να προσδιορίσει τις δυνατότητές του για χρήση στη διάγνωση και τη θεραπεία ασθενειών στον εγκέφαλο.

Εάν η πλατφόρμα αποδειχθεί αποτελεσματική και ασφαλής για χρήση σε ανθρώπους, θα μπορούσε να απλοποιήσει τη διάγνωση και τη θεραπεία ασθενειών στις βαθιές, ευαίσθητες περιοχές του εγκεφάλου και να μειώσει τους κινδύνους που σχετίζονται με τη διάγνωση και τη θεραπεία.

Θα μπορούσε να βοηθήσει τους χειρουργούς να κοιτάξουν βαθύτερα στον εγκέφαλο για να διαγνώσουν ασθένειες, να εφαρμόσουν θεραπείες όπως φάρμακα και αφαίρεση με λέιζερ με μεγαλύτερη ακρίβεια σε όγκους και να χρησιμοποιήσουν καλύτερα ηλεκτρόδια για τη βαθιά διέγερση του εγκεφάλου σε ασθένειες όπως το Πάρκινσον και η επιληψία.

Ο επικεφαλής συγγραφέας καθηγητής Ferdinando Rodriguez y Baena, από το Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών του Imperial, ηγήθηκε της ευρωπαϊκής προσπάθειας και είπε: «Ο εγκέφαλος είναι ένα εύθραυστο, πολύπλοκο δίκτυο από πυκνά συσσωρευμένα νευρικά κύτταρα, που το καθένα παίζει τον δικό του ρόλο». Όταν εμφανίζεται ασθένεια, θέλουμε να είμαστε σε θέση να περιηγηθούμε σε αυτό το ευαίσθητο περιβάλλον και να στοχεύσουμε με ακρίβεια αυτές τις περιοχές χωρίς να καταστρέψουμε τα υγιή κύτταρα.

«Η νέα μας ακριβής, ελάχιστα επεμβατική πλατφόρμα βελτιώνει την τρέχουσα διαθέσιμη τεχνολογία και, εάν αποδειχθεί ασφαλής και αποτελεσματική, θα μπορούσε να βελτιώσει την ικανότητά μας για ασφαλή και αποτελεσματική διάγνωση και θεραπεία ασθενειών στους ανθρώπους».

Τα αποτελέσματα αναπτύχθηκαν ως μέρος του έργου Enhanced Delivery Ecosystem for Neurosurgery in 2020 (EDEN2020) και δημοσιεύτηκαν στο PLOS ONE.

Stealth λειτουργία

Η πλατφόρμα αντιπροσωπεύει μια βελτίωση στην υπάρχουσα ελάχιστα επεμβατική ή «κλειδαρότρυπα» χειρουργική, στην οποία οι χειρουργοί εισάγουν μικροσκοπικές κάμερες και καθετήρες μέσω μικρών τομών στο σώμα.

Περιλαμβάνει έναν μαλακό, εύκαμπτο καθετήρα για την πρόληψη βλάβης στον εγκεφαλικό ιστό κατά τη διάρκεια της θεραπείας και ένα ρομποτικό βραχίονα εξοπλισμένο με τεχνητή νοημοσύνη (AI) για να βοηθά τους χειρουργούς να πλοηγούνται στον καθετήρα μέσω του εγκεφαλικού ιστού.

Εμπνευσμένος από τα όργανα που χρησιμοποιούν οι παρασιτικές σφήκες για να γεννούν κρυφά αυγά στο φλοιό δέντρων, ο καθετήρας αποτελείται από τέσσερα αλληλοσυνδεόμενα τμήματα που γλιστρούν το ένα πάνω στο άλλο για να επιτρέπουν την ευέλικτη πλοήγηση.

Συνδέεται με μια ρομποτική πλατφόρμα που συνδυάζει την ανθρώπινη συμβολή και τη μηχανική μάθηση για να καθοδηγήσει προσεκτικά τον καθετήρα στο σημείο της νόσου. Στη συνέχεια, οι χειρουργοί εισάγουν οπτικές ίνες πάνω από τον καθετήρα, ώστε να μπορούν να δουν το άκρο και να πλοηγηθούν κατά μήκος του εγκεφαλικού ιστού χρησιμοποιώντας χειριστήρια joystick.

Η πλατφόρμα AI μαθαίνει από τις εισροές και τις δυνάμεις επαφής του χειρουργού στον εγκεφαλικό ιστό για να καθοδηγεί τον καθετήρα με ακριβή ακρίβεια.

Σε σύγκριση με τις παραδοσιακές «ανοιχτές» χειρουργικές τεχνικές, η νέα προσέγγιση θα μπορούσε τελικά να βοηθήσει στη μείωση της βλάβης των ιστών κατά τη διάρκεια της χειρουργικής επέμβασης και να συντομεύσει τους χρόνους αποκατάστασης των ασθενών και τη διάρκεια της μετεγχειρητικής νοσηλείας.

Όταν εκτελούν ελάχιστα επεμβατικές επεμβάσεις εγκεφάλου, οι χειρουργοί χρησιμοποιούν καθετήρες βαθιάς διείσδυσης για τη διάγνωση και τη θεραπεία ασθενειών. Ωστόσο, οι καθετήρες που χρησιμοποιούνται σήμερα είναι άκαμπτοι και δύσκολο να τοποθετηθούν με ακρίβεια χωρίς τη βοήθεια ρομποτικών εργαλείων πλοήγησης. Λόγω της ακαμψίας των καθετήρων σε συνδυασμό με την περίπλοκη, λεπτή δομή του εγκεφάλου, μπορεί να είναι δύσκολο να τοποθετηθούν με ακρίβεια οι καθετήρες, γεγονός που εγκυμονεί κινδύνους σε αυτό το είδος χειρουργικής επέμβασης.

Για να δοκιμάσουν την πλατφόρμα τους, οι ερευνητές εισήγαγαν τον καθετήρα στον εγκέφαλο δύο ζωντανών προβάτων στην Πανεπιστημιούπολη Κτηνιατρικής του Πανεπιστημίου του Μιλάνου. Τα πρόβατα έλαβαν ανακούφιση από τον πόνο και παρακολουθούνταν για σημάδια πόνου ή αγωνίας 24 ώρες την ημέρα για μια εβδομάδα πριν υποβληθούν σε ευθανασία, ώστε οι ερευνητές να μπορέσουν να μελετήσουν τις δομικές επιδράσεις του καθετήρα στον εγκεφαλικό ιστό.

Δεν βρήκαν σημάδια αγωνίας, βλάβης ιστού ή μόλυνσης μετά την εμφύτευση καθετήρα.

Η ανάλυσή μας κατέληξε στο συμπέρασμα ότι εμφυτεύσαμε αυτούς τους νέους καθετήρες με ασφάλεια, χωρίς καμία ζημιά, μόλυνση ή ταλαιπωρία. Εάν επιτύχουμε εξίσου υποσχόμενα αποτελέσματα στους ανθρώπους, ελπίζουμε να δούμε αυτήν την πλατφόρμα στην κλινική μέσα σε τέσσερα χρόνια.

Τα ευρήματά μας θα μπορούσαν να έχουν σημαντικές επιπτώσεις για την ελάχιστα επεμβατική, ρομποτική χειρουργική στον εγκέφαλο. Ελπίζουμε ότι θα βοηθήσει στη βελτίωση της ασφάλειας και της αποτελεσματικότητας των τρεχουσών νευροχειρουργικών διαδικασιών που απαιτούν ακριβή χρήση θεραπευτικών και διαγνωστικών συστημάτων, για παράδειγμα στο πλαίσιο της εντοπισμένης γονιδιακής θεραπείας».

Δρ. Riccardo Secoli, επικεφαλής συγγραφέας, Imperial Mechanical Engineering Department

Ο καθηγητής Lorenzo Bello, συν-συγγραφέας της μελέτης από το Πανεπιστήμιο του Μιλάνου, είπε: «Ένας από τους κύριους περιορισμούς του τρέχοντος MIS είναι ότι σας αναγκάζει να αποκτήσετε πρόσβαση σε ένα βαθύ σημείο μέσω μιας τρύπας στο κρανίο». μια ευθεία τροχιά. Ο περιορισμός του άκαμπτου καθετήρα είναι η ακρίβειά του μέσα στους κινούμενους ιστούς του εγκεφάλου και η ιστική παραμόρφωση που μπορεί να προκαλέσει. Τώρα ανακαλύψαμε ότι ο κατευθυνόμενος καθετήρας μας μπορεί να ξεπεράσει τους περισσότερους από αυτούς τους περιορισμούς.»

Αυτή η μελέτη χρηματοδοτήθηκε από το πρόγραμμα EU Horizon 2020.

Πηγή:

Imperial College του Λονδίνου

Αναφορά:

Secoli, R., et αϊ. (2022) Αρθρωτή ρομποτική πλατφόρμα για νευροχειρουργική ακριβείας με βιοεμπνευσμένη βελόνα: επισκόπηση συστήματος και πρώτη χρήση in vivo. ΣΥΝ ΕΝΑ. doi.org/10.1371/journal.pone.0275686.

.