Nový výskum by mohol mať významné dôsledky pre minimálne invazívnu robotickú operáciu mozgu

Nový výskum by mohol mať významné dôsledky pre minimálne invazívnu robotickú operáciu mozgu

Skorý výskum testoval zavedenie a bezpečnosť nového dizajnu implantovateľného katétra u dvoch oviec, aby sa určil jeho potenciál na použitie pri diagnostike a liečbe chorôb v mozgu.

Ak sa platforma preukáže ako efektívna a bezpečná na použitie u ľudí, mohla by zjednodušiť diagnostiku a liečbu chorôb v hlbokých citlivých oblastiach mozgu a znížiť riziká spojené s diagnostikou a liečbou.

Mohlo by to pomôcť chirurgom pozrieť sa hlbšie do mozgu, aby diagnostikovali choroby, presnejšie aplikovali liečbu, ako sú lieky a laserová ablácia, na nádory a lepšie využívali elektródy na hĺbkovú stimuláciu mozgu pri chorobách, ako je Parkinsonova choroba a epilepsia.

Vedúci autor profesor Ferdinando Rodriguez y Baena z Imperial's Department of Mechanical Engineering, viedol európske úsilie a povedal: "Mozog je krehká, komplexná sieť husto nahromadených nervových buniek, z ktorých každá hrá svoju vlastnú úlohu." Keď dôjde k ochoreniu, chceme byť schopní navigovať v tomto delikátnom prostredí a presne zacieliť na tieto oblasti bez poškodenia zdravých buniek.

"Naša nová precízna, minimálne invazívna platforma vylepšuje v súčasnosti dostupnú technológiu a ak sa ukáže ako bezpečná a účinná, mohla by zlepšiť našu schopnosť bezpečne a efektívne diagnostikovať a liečiť choroby u ľudí."

Výsledky boli vyvinuté ako súčasť projektu Enhanced Delivery Ecosystem for Neurochirurgy v roku 2020 (EDEN2020) a publikované v PLOS ONE.

Stealth operácia

Platforma predstavuje vylepšenie existujúcej minimálne invazívnej alebo „kľúčovej dierky“ chirurgie, pri ktorej chirurgovia vkladajú drobné kamery a katétre cez malé rezy do tela.

Obsahuje mäkký, flexibilný katéter, ktorý zabraňuje poškodeniu mozgového tkaniva počas liečby, a robotické rameno vybavené umelou inteligenciou (AI), ktoré pomáha chirurgom navigovať katéter cez mozgové tkanivo.

Katéter, inšpirovaný orgánmi, ktoré parazitické osy používajú na tajné kladenie vajíčok do kôry stromov, pozostáva zo štyroch do seba zapadajúcich segmentov, ktoré sa posúvajú po sebe, aby umožnili flexibilnú navigáciu.

Je prepojený s robotickou platformou, ktorá kombinuje ľudský vstup a strojové učenie na starostlivé vedenie katétra na miesto ochorenia. Chirurgovia potom vložia optické vlákna cez katéter, aby mohli vidieť špičku a pohybovať sa pozdĺž mozgového tkaniva pomocou ovládacích prvkov joysticku.

Platforma AI sa učí zo vstupov chirurga a kontaktných síl v mozgovom tkanive, aby naviedla katéter s dokonalou presnosťou.

V porovnaní s tradičnými „otvorenými“ chirurgickými technikami by nový prístup mohol v konečnom dôsledku pomôcť znížiť poškodenie tkaniva počas operácie a skrátiť čas na zotavenie pacienta a dĺžku pooperačných pobytov v nemocnici.

Pri vykonávaní minimálne invazívnej chirurgie mozgu používajú chirurgovia na diagnostiku a liečbu chorôb hlboko prenikajúce katétre. V súčasnosti používané katétre sú však pevné a je ťažké ich presne umiestniť bez pomoci robotických navigačných nástrojov. Kvôli nepružnosti katétrov v kombinácii s komplikovanou, jemnou štruktúrou mozgu môže byť ťažké presne umiestniť katétre, čo predstavuje riziko pri tomto type operácie.

Na otestovanie svojej platformy vedci vložili katéter do mozgu dvoch živých oviec v kampuse veterinárnej medicíny Milánskej univerzity. Ovečkám bola poskytnutá úľava od bolesti a 24 hodín denne počas týždňa pred usmrtením boli monitorované príznaky bolesti alebo úzkosti, aby vedci mohli študovať štrukturálne účinky katétra na mozgové tkanivo.

Po implantácii katétra nezistili žiadne známky úzkosti, poškodenia tkaniva alebo infekcie.

Naša analýza dospela k záveru, že sme tieto nové katétre implantovali bezpečne, bez akéhokoľvek poškodenia, infekcie alebo utrpenia. Ak dosiahneme rovnako sľubné výsledky u ľudí, dúfame, že túto platformu uvidíme na klinike do štyroch rokov.

Naše zistenia by mohli mať významné dôsledky pre minimálne invazívnu robotickú operáciu mozgu. Dúfame, že to pomôže zlepšiť bezpečnosť a účinnosť súčasných neurochirurgických postupov, ktoré si vyžadujú presné použitie liečebných a diagnostických systémov, napríklad v kontexte lokalizovanej génovej terapie.“

Dr. Riccardo Secoli, hlavný autor, Imperial Mechanical Engineering Department

Profesor Lorenzo Bello, spoluautor štúdie z Milánskej univerzity, povedal: "Jedným z hlavných obmedzení súčasného MIS je to, že vás núti dostať sa do hlbokého miesta cez vyvŕtaný otvor v lebke." priamu trajektóriu. Obmedzením tuhého katétra je jeho presnosť v pohybujúcich sa tkanivách mozgu a deformácia tkaniva, ktorú môže spôsobiť. Teraz sme zistili, že náš ovládateľný katéter dokáže prekonať väčšinu týchto obmedzení.“

Táto štúdia bola financovaná z programu EÚ Horizont 2020.

Zdroj:

Imperial College London

Referencia:

Secoli, R., a kol. (2022) Modulárna robotická platforma pre presnú neurochirurgiu s bioinšpirovanou ihlou: prehľad systému a prvé použitie in vivo. PLUS JEDEN. doi.org/10.1371/journal.pone.0275686.

.