Nowe badania mogą mieć znaczące implikacje dla minimalnie inwazyjnej, zrobotyzowanej chirurgii mózgu

Nowe badania mogą mieć znaczące implikacje dla minimalnie inwazyjnej, zrobotyzowanej chirurgii mózgu

We wczesnych badaniach sprawdzano wprowadzenie i bezpieczeństwo nowego wszczepialnego cewnika u dwóch owiec, aby określić jego potencjał do zastosowania w diagnozowaniu i leczeniu chorób mózgu.

Jeśli platforma okaże się skuteczna i bezpieczna w stosowaniu u ludzi, może uprościć diagnozowanie i leczenie chorób w głębokich, wrażliwych obszarach mózgu oraz zmniejszyć ryzyko związane z diagnozą i leczeniem.

Może pomóc chirurgom zajrzeć głębiej w mózg w celu diagnozowania chorób, precyzyjniej zastosować leki i ablację laserową w przypadku nowotworów, a także lepiej wykorzystać elektrody do głębokiej stymulacji mózgu w chorobach takich jak choroba Parkinsona i epilepsja.

Główny autor, profesor Ferdinando Rodriguez y Baena z Wydziału Inżynierii Mechanicznej Imperial, kierował europejskimi wysiłkami i powiedział: „Mózg to delikatna, złożona sieć gęsto upakowanych komórek nerwowych, z których każda odgrywa swoją własną rolę”. Kiedy pojawia się choroba, chcemy móc poruszać się po tym delikatnym środowisku i precyzyjnie atakować te obszary, nie uszkadzając zdrowych komórek.

„Nasza nowa, precyzyjna, minimalnie inwazyjna platforma stanowi ulepszenie obecnie dostępnej technologii i, jeśli okaże się, że jest bezpieczna i skuteczna, może poprawić naszą zdolność do bezpiecznego i skutecznego diagnozowania i leczenia chorób u ludzi”.

Wyniki opracowano w ramach projektu Enhanced Delivery Ecosystem for Neurosurgery in 2020 (EDEN2020) i opublikowano w PLOS ONE.

Operacja w ukryciu

Platforma stanowi ulepszenie istniejącej chirurgii małoinwazyjnej lub chirurgii „przez dziurkę od klucza”, podczas której chirurdzy wprowadzają maleńkie kamery i cewniki przez małe nacięcia w ciele.

Zawiera miękki, elastyczny cewnik, który zapobiega uszkodzeniu tkanki mózgowej podczas leczenia, oraz ramię robota wyposażone w sztuczną inteligencję (AI), które pomaga chirurgom poruszać się cewnikiem przez tkankę mózgową.

Zainspirowany narządami używanymi przez pasożytnicze osy do potajemnego składania jaj w korze drzew, cewnik składa się z czterech zazębiających się segmentów, które przesuwają się jeden po drugim, umożliwiając elastyczną nawigację.

Jest podłączony do platformy robotycznej, która łączy wkład człowieka i uczenie maszynowe, aby dokładnie wprowadzić cewnik do miejsca chorobowego. Następnie chirurdzy umieszczają światłowody nad cewnikiem, aby móc zobaczyć końcówkę i nawigować wzdłuż tkanki mózgowej za pomocą joysticka.

Platforma AI uczy się na podstawie danych wejściowych chirurga i sił kontaktowych w tkance mózgowej, aby prowadzić cewnik z niezwykłą dokładnością.

W porównaniu z tradycyjnymi „otwartymi” technikami chirurgicznymi nowe podejście może ostatecznie pomóc w ograniczeniu uszkodzeń tkanek podczas operacji i skróceniu czasu rekonwalescencji pacjenta oraz długości pobytu w szpitalu po operacji.

Podczas wykonywania minimalnie inwazyjnych operacji mózgu chirurdzy używają głęboko penetrujących cewników do diagnozowania i leczenia chorób. Jednakże obecnie stosowane cewniki są sztywne i trudne do precyzyjnego umieszczenia bez pomocy zautomatyzowanych narzędzi nawigacyjnych. Ze względu na sztywność cewników w połączeniu ze skomplikowaną, delikatną budową mózgu, precyzyjne umieszczenie cewników może być trudne, co stwarza ryzyko w tego typu operacjach.

Aby przetestować swoją platformę, naukowcy wprowadzili cewnik do mózgów dwóch żywych owiec w kampusie medycyny weterynaryjnej Uniwersytetu w Mediolanie. Owcom podano środki przeciwbólowe i monitorowano je pod kątem oznak bólu lub niepokoju przez 24 godziny na dobę przez tydzień, a następnie uśpiono, aby badacze mogli zbadać wpływ strukturalny cewnika na tkankę mózgową.

Po wszczepieniu cewnika nie stwierdzili żadnych oznak niepokoju, uszkodzenia tkanek ani infekcji.

Z naszej analizy wynika, że ​​nowe cewniki wszczepiliśmy bezpiecznie, bez żadnych uszkodzeń, infekcji i cierpienia. Jeśli osiągniemy równie obiecujące wyniki u ludzi, mamy nadzieję zobaczyć tę platformę w klinice w ciągu czterech lat.

Nasze odkrycia mogą mieć znaczące implikacje dla minimalnie inwazyjnej, zrobotyzowanej chirurgii mózgu. Mamy nadzieję, że pomoże to poprawić bezpieczeństwo i skuteczność obecnych procedur neurochirurgicznych, wymagających precyzyjnego wykorzystania systemów leczniczych i diagnostycznych, na przykład w kontekście zlokalizowanej terapii genowej.”

Dr Riccardo Secoli, główny autor, Imperialny Wydział Inżynierii Mechanicznej

Profesor Lorenzo Bello, współautor badania z Uniwersytetu w Mediolanie, powiedział: „Jednym z głównych ograniczeń obecnego systemu MIS jest to, że zmusza on do dostępu do głębokiego miejsca przez wywiercony otwór w czaszce”. prostą trajektorię. Ograniczeniem sztywnego cewnika jest jego precyzja w poruszających się tkankach mózgu i deformacja tkanki, jaką może powodować. Odkryliśmy, że nasz sterowalny cewnik może pokonać większość tych ograniczeń.”

Badanie zostało sfinansowane w ramach unijnego programu „Horyzont 2020”.

Źródło:

Imperial College w Londynie

Odniesienie:

Secoli, R. i in. (2022) Modułowa platforma robotyczna do neurochirurgii precyzyjnej z igłą inspirowaną biologią: przegląd systemu i pierwsze zastosowanie in vivo. PLUS JEDEN. doi.org/10.1371/journal.pone.0275686.

.