Bez użycia rąk: kierowanie elastycznymi igłami za pomocą magnesów
Minimalnie inwazyjne techniki, takie jak biopsja, laparoskopia i endoskopia umożliwiły wykonywanie zabiegów chirurgicznych bez nacięć lub po wykonaniu małych nacięć, dzięki czemu ograniczono występowanie krwotoków, a pacjenci szybciej wracali do zdrowia. Jednak z przeprowadzaniem operacji w trudno dostępnych obszarach ciała wiąże się szereg wyzwań. Jednym z rozwiązań opracowywanych w ramach finansowanego ze środków UE projektu ROBOTAR jest wykorzystanie elastycznych instrumentów sterowanych cewkami magnetycznymi, które mogłyby prześlizgiwać się przez tkanki i narządy. „Podstawowym założeniem jest przeprowadzenie minimalnie inwazyjnej operacji w jeszcze mniej inwazyjny sposób”, mówi Sarthak Misra, koordynator projektu i profesor Robotyki Chirurgicznej.
Lepszy dostęp
Misra i jego zespół, pracujący na Uniwersytecie Twente w Królestwie Niderlandów, opracowali ramy koncepcyjne systemu sterowanych igieł do dostarczania leków oraz nanoprzeciwciał do chorych tkanek w trudno dostępnych częściach ciała. „Obszar zastosowania jest szeroki – technologię można wykorzystać wszędzie tam, gdzie trudno dotrzeć, m.in. w przewodzie pokarmowym, mózgu, sercu. Na tych narządach do tej pory najczęściej przeprowadzano inwazyjne operacje”, mówi Misra. Użycie pola magnetycznego do sterowania urządzeniem pozwala na jego miniaturyzację oraz pozbycie się przewodów. Pozycja przyrządu jest monitorowana za pomocą ultrasonografu, urządzenia powszechnie dostępnego w szpitalach, którym chirurg steruje zdalnie. Proces jest wspomagany modelami obliczeniowymi, obrazami klinicznymi i zaawansowanymi technikami planowania. Cały system jest przenośny, więc można go wnosić w salę operacyjną i w razie potrzeby z niej wynieść. Naukowcy najpierw stworzyli plany specyficzne dla pacjenta i odwzorowali ścieżkę, którą igła powinna przejść przez tkankę miękką, aby możliwe było przeprowadzenie zabiegu. Kolejne etapy obejmowały opracowanie prototypów sterownika układu, giętkiej igły magnetycznej oraz ultrasonograficznego systemu monitorowania. Na koniec elementy systemu zostały złożone w całość. „Mamy kilka wersji prototypów w laboratorium, to nasze wersje robocze”, mówi Misra. Naukowcy otrzymali granty na dwie inicjatywy, w ramach których weryfikowano poprawność projektu. Celem pierwszej z nich, projektu INSPIRE, jest zbadanie, w jaki sposób można ulepszyć strukturę 3D urządzenia za pomocą czujników światłowodowych. Z kolei w ramach inicjatywy RAMSES opracowywane są cewki elektromagnetyczne, dzięki którym będzie można sterować urządzeniem.
Roboty chirurgiczne
Misra pracował wcześniej nad robotyką kosmiczną i brał udział w projektach związanych z robotami Canadarm2 oraz Dexter znajdującymi się na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Obecnie wykorzystuje swoją wiedzę i doświadczenie przy projektach naziemnych. „Wierzę, że w przyszłości wiele operacji będzie można przeprowadzić w sposób zautomatyzowany”, mówi uczony. „Ostateczna ocena będzie zawsze w rękach lekarza, choć niektóre techniki sterowania wymagają precyzyjnej koordynacji ruchowo-wzrokowej, a jednoczesne przeprowadzanie zabiegu i stawianie diagnozy to niełatwe zadanie”. Prace w ramach projektu były wspierane przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych. „Moje plany z początku brzmiały nieprawdopodobnie”, przyznaje Misra. „Miałem śmiały pomysł na rozwiązanie problemu związanego z wysokim ryzykiem, ale w grę wchodziły także potencjalne ogromne korzyściami dla pacjentów i lekarzy. To właśnie wsparcie ERBN umożliwiło realizację projektu”. Misra kontynuuje także realizację koncepcji opracowanych w ramach projektu ROBOTAR za pośrednictwem projektu MAESTRO, wspieranego grantem ERBN dla naukowców u progu samodzielności badawczej, w którym badany jest potencjał wstrzykiwalnych robotów sterowanych przez pola magnetyczne i fale akustyczne.
Słowa kluczowe
ROBOTAR, robot, przyrząd, cewka magnetyczna, ultrasonografia, chirurgia, elastyczny, laparoskopia, fala akustyczna, nanobot