Nieuw onderzoek zou aanzienlijke implicaties kunnen hebben voor minimaal invasieve, robotachtige hersenchirurgie

Nieuw onderzoek zou aanzienlijke implicaties kunnen hebben voor minimaal invasieve, robotachtige hersenchirurgie

Het vroege onderzoek testte de introductie en veiligheid van het nieuwe implanteerbare katheterontwerp bij twee schapen om het potentieel ervan voor gebruik bij het diagnosticeren en behandelen van ziekten in de hersenen te bepalen.

Als het platform effectief en veilig blijkt te zijn voor gebruik bij mensen, zou het de diagnose en behandeling van ziekten in de diepe, gevoelige delen van de hersenen kunnen vereenvoudigen en de risico’s die gepaard gaan met diagnose en behandeling verminderen.

Het zou chirurgen kunnen helpen dieper in de hersenen te kijken om ziekten te diagnosticeren, behandelingen zoals medicijnen en laserablatie nauwkeuriger op tumoren toe te passen, en elektroden beter te gebruiken voor diepe hersenstimulatie bij ziekten als Parkinson en epilepsie.

Hoofdauteur professor Ferdinando Rodriguez y Baena, van de afdeling Werktuigbouwkunde van Imperial, leidde de Europese inspanning en zei: "De hersenen zijn een kwetsbaar, complex netwerk van dicht opeengepakte zenuwcellen, die elk hun eigen rol spelen." Wanneer er een ziekte optreedt, willen we door deze delicate omgeving kunnen navigeren en deze gebieden nauwkeurig kunnen targeten zonder gezonde cellen te beschadigen.

“Ons nieuwe precieze, minimaal invasieve platform is een verbetering van de momenteel beschikbare technologie en zou, als het veilig en effectief blijkt te zijn, ons vermogen kunnen verbeteren om ziekten bij mensen veilig en effectief te diagnosticeren en te behandelen.”

De resultaten zijn ontwikkeld als onderdeel van het project Enhanced Delivery Ecosystem for Neurosurgery in 2020 (EDEN2020) en gepubliceerd in PLOS ONE.

Stealth-operatie

Het platform vertegenwoordigt een verbetering ten opzichte van de bestaande minimaal invasieve of ‘sleutelgat’-chirurgie, waarbij chirurgen kleine camera’s en katheters inbrengen via kleine incisies in het lichaam.

Het omvat een zachte, flexibele katheter om schade aan hersenweefsel tijdens de behandeling te voorkomen en een robotarm uitgerust met kunstmatige intelligentie (AI) om chirurgen te helpen de katheter door hersenweefsel te navigeren.

Geïnspireerd door de organen die parasitaire wespen gebruiken om in het geheim eieren in boomschors te leggen, bestaat de katheter uit vier in elkaar grijpende segmenten die over elkaar schuiven om flexibele navigatie mogelijk te maken.

Het is verbonden met een robotplatform dat menselijke input en machinaal leren combineert om de katheter zorgvuldig naar de ziekteplaats te leiden. Chirurgen brengen vervolgens optische vezels over de katheter in, zodat ze de punt kunnen zien en met behulp van joystickbediening langs het hersenweefsel kunnen navigeren.

Het AI-platform leert van de input en contactkrachten van de chirurg in het hersenweefsel om de katheter met uiterste nauwkeurigheid te geleiden.

Vergeleken met traditionele ‘open’ chirurgische technieken zou de nieuwe aanpak uiteindelijk de weefselschade tijdens de operatie kunnen helpen verminderen en de hersteltijden van de patiënt en de duur van het postoperatieve ziekenhuisverblijf kunnen verkorten.

Bij het uitvoeren van minimaal invasieve hersenchirurgie gebruiken chirurgen dieppenetrerende katheters om ziekten te diagnosticeren en te behandelen. Katheters die momenteel in gebruik zijn, zijn echter stijf en moeilijk precies te plaatsen zonder de hulp van robotnavigatiehulpmiddelen. Vanwege de inflexibiliteit van katheters in combinatie met de gecompliceerde, delicate structuur van de hersenen, kan het moeilijk zijn om katheters nauwkeurig te plaatsen, wat risico's met zich meebrengt bij dit soort operaties.

Om hun platform te testen, plaatsten de onderzoekers de katheter in de hersenen van twee levende schapen op de Veterinaire Geneeskundecampus van de Universiteit van Milaan. De schapen kregen pijnverlichting en werden een week lang 24 uur per dag gecontroleerd op tekenen van pijn of angst voordat ze werden geëuthanaseerd, zodat onderzoekers de structurele effecten van de katheter op hersenweefsel konden bestuderen.

Ze vonden geen tekenen van angst, weefselschade of infectie na katheterimplantatie.

Onze analyse concludeerde dat we deze nieuwe katheters veilig hebben geïmplanteerd, zonder enige schade, infectie of lijden. Als we bij mensen even veelbelovende resultaten boeken, hopen we dit platform binnen vier jaar in de kliniek te zien.

Onze bevindingen kunnen aanzienlijke implicaties hebben voor minimaal invasieve, robotische hersenchirurgie. We hopen dat het de veiligheid en effectiviteit zal helpen verbeteren van de huidige neurochirurgische procedures die een nauwkeurig gebruik van behandelings- en diagnostische systemen vereisen, bijvoorbeeld in de context van gelokaliseerde gentherapie.”

Dr. Riccardo Secoli, hoofdauteur, afdeling Imperial Mechanical Engineering

Professor Lorenzo Bello, co-auteur van de studie van de Universiteit van Milaan, zei: "Een van de belangrijkste beperkingen van de huidige MIS is dat het je dwingt toegang te krijgen tot een diepe plek via een boorgat in de schedel." een recht traject. De beperking van de stijve katheter is de nauwkeurigheid ervan binnen de bewegende weefsels van de hersenen en de weefselvervorming die deze kan veroorzaken. We hebben nu ontdekt dat onze bestuurbare katheter de meeste van deze beperkingen kan overwinnen.”

Deze studie werd gefinancierd door het EU Horizon 2020-programma.

Bron:

Imperial College Londen

Referentie:

Secoli, R., et al. (2022) Modulair robotplatform voor precisie-neurochirurgie met een bio-geïnspireerde naald: systeemoverzicht en eerste in vivo gebruik. PLUS EEN. doi.org/10.1371/journal.pone.0275686.

.