Революционная джойстик-управляемая система для удаленной нейрохирургии при инсульте

Инженеры MIT разработали телероботизированную систему, позволяющую хирургам быстро и удаленно лечить пациентов с инсультом или аневризмой. С помощью модифицированного джойстика хирурги в одной больнице могут управлять роботизированной рукой в другом месте, безопасно выполняя операцию в критическое временное окно, способное спасти жизнь пациента и сохранить функции мозга.

Роботизированная система, движение которой управляется магнитами, предназначена для удаленной помощи при эндоваскулярной интервенции — процедуре, выполняемой в экстренных случаях для лечения ишемического инсульта, вызванного тромбом. Такие интервенции обычно требуют от хирурга вручную вести тонкий проводник к тромбу, где он может механически устранить закупорку или доставить препараты для ее расщепления.

Одним из ограничений таких процедур является доступность: нейроваскулярные хирурги часто работают в крупных медицинских центрах, до которых пациентам из отдаленных районов добраться сложно, особенно в течение «золотого часа» — критического периода после начала инсульта, когда лечение должно быть начато для минимизации повреждений мозга.

Команда MIT предполагает, что их роботизированная система может быть установлена в небольших больницах и удаленно управляться обученными хирургами из крупных медицинских центров. Система включает медицинскую роботизированную руку с магнитом на запястье. С помощью джойстика и живой визуализации оператор может регулировать ориентацию магнита и управлять рукой для навигации мягкого и тонкого магнитного проводника через артерии и сосуды.

Исследователи продемонстрировали систему на «фантоме» — прозрачной модели сосудов, воспроизводящей сложные артерии мозга. После всего одного часа обучения нейрохирурги смогли удаленно управлять роботизированной рукой для прохождения проводника через лабиринт сосудов до целевых точек в модели.

«Мы представляем, что вместо транспортировки пациента из сельской области в крупный город, он может поступить в местную больницу, где медсестры установят эту систему. Нейрохирург из крупного медицинского центра сможет наблюдать живую визуализацию пациента и использовать робота для операции в тот самый золотой час. Это наша мечта о будущем», — сказал Сюаньхэ Чжао, профессор механического инженерии и гражданской и экологической инженерии MIT. Их результаты опубликованы в Science Robotics.

Эндоваскулярная хирургия — это специализированная малоинвазивная процедура, предполагающая тщательное закручивание и наведение тонкого медицинского проводника через артерии и сосуды тела к целевой точке без повреждения сосудистых стен. Обычно для освоения этой процедуры требуются годы обучения.

Роботизированные системы рассматриваются как вспомогательные технологии в эндоваскулярной хирургии. Эти системы в основном используют приводы для продвижения и оттягивания проводника с одновременным его вращением через сосудистое дерево.

«Но заставить робота вращаться с таким же уровнем мастерства, как хирург, — сложная задача», — сказал первый автор Юнхо Ким. «Наша система основана на принципиально ином механизме».

Новая система команды основана на работе 2019 года, когда они продемонстрировали управление магнитным нитями через 실리коновую модель сосудов мозга в натуральную величину с помощью ручного магнита размером с банку супа.

С тех пор они закрепили магнит на конце медицинской роботизированной руки, которой можно управлять с помощью небольшого джойстика на мыши. Наклоняя джойстик, исследователи могут менять ориентацию магнита, за которой следует магнитный проводник. Кнопки на мыши управляют набором моторизованных линейных приводов, продвигающих и оттягивающих проводник для движения вперед и назад.

Проводник столь же тонкий и гибкий, как обычный нейроваскулярный проводник, с мягкой магниточувствительной кончикой, следующей и изгибающейся в направлении магнитного поля.

Команда протестировала роботизированную систему в катетеризационной лаборатории Массачусетской общей больницы — операционной с обычным медицинским изображющим оборудованием для эндоваскулярных процедур. Роботизированную руку установили в лаборатории вместе с 실리коновой моделью сосудов в натуральную величину. Джойстик и монитор с живым видео модели разместили в комнате управления. Оттуда оператор наблюдал видео, используя джойстик для удаленного наведения проводника через сосуды.

Команда обучила группу нейрохирургов работе с роботизированной системой. После всего одного часа обучения каждый хирург успешно управлял системой для прохождения проводника через сложные сосуды, трудные для навигации с ручным проводником.

Команда также использовала роботизированную систему для удаления смоделированных тромбов в труднодоступных областях модели. Они провели проводник через сосуды и за острые изгибы к регионам с смоделированными тромбами. После достижения тромба хирурги применили стандартные эндоваскулярные методы для продвижения микрокатетера вдоль проводника к месту тромба. Они извлекли проводник, оставив катетер, которым успешно удалили тромб.

«Основная цель магнитного проводника — быстро и безопасно достичь целевой локации, чтобы стандартные устройства, такие как микрокатетеры, могли использоваться для доставки терапевтических средств», — сказал Ким. «Наша система — как проводник».

Он надеется, что телеуправляемая система поможет большему числу пациентов получить своевременное лечение. Он также видит преимущества для хирургов, которые обычно выполняют такие сосудистые процедуры в одной комнате с пациентом, подвергаясь облучению рентгеновским излучением.

«Нейрохирурги могут управлять роботом в другой комнате или даже в другом городе без повторного облучения рентгеновскими лучами», — говорит Чжао. «Мы действительно вдохновлены потенциальным влиянием этой технологии на глобальное здравоохранение, учитывая, что инсульт является одной из ведущих причин смерти и долгосрочной инвалидности».