Remote telerobotisch systeem stelt chirurgen in staat beroertepatiënten realtime te behandelen

MIT-ingenieurs hebben een telerobotisch systeem ontwikkeld om chirurgen te helpen snel en op afstand patiënten te behandelen die een beroerte of aneurysm ervaren. Met een gemodificeerde joystick kunnen chirurgen in één ziekenhuis een robotarm op een andere locatie besturen om veilig te opereren op een patiënt tijdens een kritiek tijdvenster dat het leven van de patiënt kan redden en hun hersenfunctie kan behouden.

Het robotische systeem, wiens beweging wordt gecontroleerd door magneten, is ontworpen om op afstand te assisteren bij endovasculaire interventie – een procedure die in noodsituaties wordt uitgevoerd om beroertes veroorzaakt door een bloedstolsel te behandelen. Zulke interventies vereisen normaal gesproken dat een chirurg handmatig een dunne draad naar het stolsel leidt, waar het de blokkade fysiek kan wissen of geneesmiddelen kan afgeven om het op te lossen.

Eén beperking van dergelijke procedures is toegankelijkheid: neurovasculaire chirurgen zijn vaak gevestigd bij grote medische instellingen die moeilijk te bereiken zijn voor patiënten in afgelegen gebieden, met name tijdens het "gouden uur" – de kritieke periode na de aanvang van een beroerte, gedurende welke behandeling moet worden geadministreerd om schade aan de hersenen te minimaliseren.

Het MIT-team envisageert dat hun robotische systeem geïnstalleerd kan worden op kleinere ziekenhuizen en op afstand begeleid door getrainde chirurgen op grotere medische centra. Het systeem omvat een medische-kwaliteit robotarm met een magneet bevestigd aan de pols. Met een joystick en live imaging, kan een operator de oriëntatie van de magneet aanpassen en de arm manipuleren om een zachte en dunne magnetische draad door arteriëen en vaten te leiden.

De onderzoekers demonstreerden het systeem in een "phantom", een transparant model met vaten die complexe hersenarteriën repliceren. Met slechts een uur training, waren neurochirurgen in staat om de robotarm op afstand te besturen om een draad door een doolhof van vaten te leiden om doellocaties in het model te bereiken.

"We verstellen ons dat, in plaats van een patiënt van een landelijk gebied naar een grote stad te transporteren, ze naar een lokaal ziekenhuis kunnen gaan waar verpleegkundigen dit systeem kunnen opzetten. Een neurochirurg op een groot medisch centrum kan live imaging van de patiënt bekijken en de robot gebruiken om in dat gouden uur te opereren. Dat is onze toekomstdroom," zei Xuanhe Zhao, professor mechanical engineering en civil and environmental engineering bij MIT.

Zhao en zijn team hebben hun bevindingen gepubliceerd in Science Robotics. Het team's nieuwe systeem bouwt voort op werk uit 2019, waarin ze het sturen van een magnetisch gecontroleerde draad door een levensgroot siliciummodel van de hersenbloedvaten demonstreerden. Ze deden dat toen met een handmatige magneet, ongeveer de grootte van een soepblik, die ze handmatig manipuleerden.

Ze hebben sindsdien de magneet aan het einde van een medische-kwaliteit robotarm bevestigd, wat kan worden gestuurd met een kleine joystick-knop op een muis. Door de joystick te kantelen, kunnen onderzoekers de magneet in een oriëntatie kantelen die een magnetische draad kan volgen. Knoppen op de muis controleren een set gemotoriseerde lineaire drives, die de draad vooruit en achteruit laten bewegen.

De draad is zo dun en flexibel als een conventionele neurovasculaire gidsdraad, met een zachte, magnetisch responsieve tip die volgt en buigt in de richting van een magnetisch veld.

Het robotische systeem werd getest in MGH's Catheter Lab – een operatiekamer met standaard medische imaging-apparatuur gebruikt in endovasculaire procedures. De onderzoekers installeerden de robotarm in de lab, samen met een levensgroot siliciummodel van bloedvaten. Ze zetten de joystick, samen met een monitor die een live video van het model toonde, in een controlekamers. Na slechts één uur training, waren neurochirurgen in staat om het systeem succesvol te bedienen om de draad door complexe vaten te leiden die moeilijk te navigeren zijn met een handmatige gidsdraad.

Het team gebruikte het robotische systeem ook om gesimuleerde stolsels in moeilijk-te-bereiken gebieden in het model te wissen. Ze stuuurden de gidsdraad door vaten, en om scherpe hoeken en bochten, om regio's te bereiken waar de onderzoekers stolsels simuleerden. Een keer ze de draad naar het stolsel gidsden, gingen de chirurgen verder met standaard endovasculaire methoden om een microkatheter langs de draad naar de plek van het stolsel te draaien. Ze trekken de draad terug, laten de katheter achter, die ze toen toepasten om het stolsel succesvol te verwijderen.

Het MIT-team hoopt dat het teleoperated systeem meer patiënten kan helpen tijdskritieke behandeling te ontvangen.

Voor meer informatie, contacteer Sarah McDonnell via dit e-mailadres (beschermd tegen spambots, JavaScript vereist); 617-253-8923.