Робот с джойстиком может помочь хирургам дистанционно лечить инсульт

Инженеры Массачусетского технологического института разработали телероботизированную систему, которая поможет хирургам быстро и дистанционно лечить пациентов, перенесших инсульт или аневризму. С помощью модифицированного джойстика хирурги в одной больнице могут управлять роботом-манипулятором в другом месте, чтобы безопасно оперировать пациента в критический период времени, что может спасти жизнь пациента и сохранить функцию его мозга.

Роботизированная система, движение которой управляется с помощью магнитов, предназначена для дистанционной помощи при эндоваскулярном вмешательстве — процедуре, проводимой в экстренных ситуациях для лечения инсультов, вызванных тромбом. Для таких вмешательств обычно требуется, чтобы хирург вручную направлял тонкую проволоку к тромбу, где он мог физически устранить закупорку или доставить лекарство для ее разрушения.

Одним из ограничений таких процедур является доступность:нейроваскулярные хирурги часто базируются в крупных медицинских учреждениях, труднодоступных для пациентов в отдаленных районах, особенно в «золотой час» — критический период после начала инсульта, в течение которого должно проводиться лечение. чтобы свести к минимуму любое повреждение мозга.

Команда Массачусетского технологического института предполагает, что их роботизированная система может быть установлена ​​в небольших больницах и удаленно управляться обученными хирургами в крупных медицинских центрах. Система включает в себя роботизированную руку медицинского класса с магнитом, прикрепленным к ее запястью. С помощью джойстика и визуализации в реальном времени оператор может регулировать ориентацию магнита и манипулировать рукой, чтобы направлять мягкую и тонкую магнитную проволоку через артерии и сосуды.

Исследователи продемонстрировали систему на «фантоме» — прозрачной модели с сосудами, воспроизводящими сложные артерии головного мозга. Всего за час обучения нейрохирурги смогли удаленно управлять рукой робота, чтобы провести провод через лабиринт сосудов, чтобы достичь целевых точек на модели.

«Мы представляем, что вместо того, чтобы перевозить пациента из сельской местности в крупный город, он мог бы отправиться в местную больницу, где медсестры могли бы настроить эту систему. Нейрохирург в крупном медицинском центре мог наблюдать за пациентом в режиме реального времени и использовать робота для работы в этот золотой час. Это наша будущая мечта», — сказал Сюаньхэ Чжао, профессор машиностроения, гражданского и экологического проектирования в Массачусетском технологическом институте. Их результаты были опубликованы в журнале Science Robotics. .

Эндоваскулярная хирургия — это специализированная минимально инвазивная процедура, которая включает в себя осторожное скручивание и направление тонкой медицинской проволоки через артерии и сосуды тела в нужное место таким образом, чтобы избежать повреждения стенок сосудов. Процедура обычно требует многолетнего обучения хирурга.

Роботизированные системы изучаются как вспомогательные технологии в эндоваскулярной хирургии. Эти системы в основном включают моторные приводы, которые продвигают и втягивают провод, скручивая его в сосудистой системе тела.

«Но иметь поворот робота с таким же уровнем сложности [как у хирурга] сложно», — сказал ведущий автор Юнхо Ким. «Наша система основана на принципиально другом механизме».

Новая система команды основана на работе 2019 года, в которой они продемонстрировали управление магнитно-управляемой нитью через силиконовую модель кровеносных сосудов мозга в натуральную величину. В то время они делали это с помощью ручного магнита размером с банку супа, которым управляли вручную.

С тех пор они прикрепили магнит к концу робота-манипулятора медицинского назначения, которым можно управлять с помощью небольшого джойстика на мыши. Наклоняя джойстик, исследователи могут наклонять магнит в направлении, которому может следовать магнитный провод. Кнопки мыши управляют набором моторизованных линейных приводов, которые выдвигают и втягивают провод, заставляя его двигаться вперед и назад.

Провод такой же тонкий и гибкий, как и обычный сосудисто-нервный проводник, с мягким, чувствительным к магнитному полю наконечником, который следует и изгибается в направлении магнитного поля.

Команда протестировала роботизированную систему в катетерной лаборатории Массачусетской больницы общего профиля — операционной со стандартным медицинским оборудованием для визуализации, используемым в эндоваскулярных процедурах. Исследователи установили роботизированную руку в лаборатории вместе с силиконовой моделью кровеносных сосудов в натуральную величину. Они установили джойстик вместе с монитором, отображающим живое видео модели, в диспетчерской. Оттуда оператор просматривал видео, используя джойстик для дистанционного управления проводом через сосуды.

Команда обучила группу нейрохирургов работе с роботизированной системой. Всего после одного часа обучения каждый хирург смог успешно управлять системой для проведения проволоки через сложные сосуды, в которых сложно провести проводник вручную.

Команда также использовала роботизированную систему для очистки смоделированных тромбов в труднодоступных местах модели. Они провели проводник через сосуды, огибая острые углы и повороты, чтобы добраться до областей, где исследователи имитировали тромбы. После того, как проводник был направлен к тромбу, хирурги применили стандартные эндоваскулярные методы, чтобы ввести микрокатетер вдоль провода к месту образования тромба. Они убрали провод, оставив катетер, который затем успешно удалили сгусток.

«Основная цель магнитного проводника — быстро и безопасно добраться до нужного места, чтобы можно было использовать стандартные устройства, такие как микрокатетеры, для доставки терапевтических средств», — сказал Ким. «Наша система похожа на первооткрыватель».

Он надеется, что дистанционно управляемая система поможет большему количеству пациентов получить срочное лечение. Он также видит преимущества для хирургов, которые обычно проводят такие сосудистые процедуры в одной комнате с пациентом, подвергаясь воздействию рентгеновского излучения.

«Нейрохирурги могут управлять роботом в другой комнате или даже в другом городе без повторного воздействия рентгеновских лучей», — говорит Чжао. «Мы очень рады потенциальному влиянию этой технологии на глобальное здравоохранение, учитывая, что инсульт — одна из основных причин смерти и длительной нетрудоспособности».