Revolutionaire Joystick-gestuurde Robot Maakt Remote Beroertechirurgie Mogelijk

Ingenieurs van MIT hebben een telerobotisch systeem ontwikkeld om chirurgen in staat te stellen patiënten met een beroerte of aneurysm snel en op afstand te behandelen. Met een aangepaste joystick kunnen chirurgen in één ziekenhuis een robotarm op een andere locatie besturen om veilig te opereren tijdens een kritiek tijdvenster dat het leven van de patiënt kan redden en de hersenfunctie kan behouden.

Hoe het robotische systeem werkt

Het robotische systeem, dat via magneten wordt bestuurd, is ontworpen om op afstand bij te dragen aan endovasculaire interventies — een procedure die in noodsituaties wordt uitgevoerd om beroertes veroorzaakt door een bloedstolsel te behandelen. Dergelijke interventies vereisen normaal gesproken dat een chirurg handmatig een dunne draad naar het stolsel leidt, waar het de blokkade fysiek kan wegnemen of medicijnen kan afgeven om deze op te lossen.

Uitdaging: toegankelijkheid van specialistische zorg

Een grote beperking van dergelijke procedures is de toegankelijkheid: neurovasculaire chirurgen zijn vaak gevestigd in grote medische centra die voor patiënten in afgelegen gebieden moeilijk bereikbaar zijn, met name tijdens het "gouden uur" — de cruciale periode na het ontstaan van een beroerte, waarin behandeling moet plaatsvinden om hersenschade te minimaliseren.

Het MIT-team ziet voor zich dat het robotische systeem in kleinere ziekenhuizen geïnstalleerd kan worden en op afstand begeleid wordt getrainde chirurgen in grotere medische centra. Het systeem omvat een medische robotarm met een magneet aan de pols. Met een joystick en live imaging kan een operator de orientatie van de magneet aanpassen en de arm sturen om een zacht, dun, magnetisch draadje door arteriëen en vaten te leiden.

Succesvolle testen met neuroradiologen

De onderzoekers toonden het systeem in een "phantom", een transparant model met vaten die de complexe hersenarteriën nabootsen. Na slechts één uur training bleken neurochirurgen in staat de robotarm op afstand te besturen om een draad door een doolhof van vaten te manoeuvreren naar doellocaties in het model.

"We stellen ons voor dat in plaats van een patiënt van een landelijk gebied naar een grote stad te verplaatsen, deze naar een lokaal ziekenhuis kan gaan waar verpleegkundigen dit systeem opzetten. Een neurochirurg in een groot medisch centrum kan de live imaging van de patiënt bekijken en de robot gebruiken om in dat gouden uur te opereren. Dat is onze toekomstdroom,"

aldus Xuanhe Zhao, professor Mechanische Engineering en Civiele en Milieutechniek aan MIT. De bevindingen zijn gepubliceerd in Science Robotics.

Endovasculaire chirurgie: een specialistische vaardigheid

Endovasculaire chirurgie is een gespecialiseerde, minimaal invasieve procedure waarbij een dunne medische draad zorgvuldig door de arteriëen en vaten van het lichaam wordt geleid naar een doellocatie, zonder de vatwanden te beschadigen. De procedure vereist meestal jarenlange training voor een chirurg om deze te beheersen.

Robotische systemen worden verkend als assisterende technologieën in endovasculaire chirurgie. Deze systemen omvatten voornamelijk motoraandrijvingen die een draad vooruit en achteruit schuiven terwijl ze deze door de vasculatuur draaien.

"Maar een robot laten draaien met dezelfde raffinement als een chirurg is een uitdaging,"

zegt eerste auteur Yoonho Kim. "Ons systeem is gebaseerd op een fundamenteel ander mechanisme."

Van handmatige magneet tot robotarm

Het nieuwe systeem van het team bouwt voort op werk uit 2019, waarin ze demonstreerden het sturen van een magnetisch gecontroleerde draad door een levensgroot siliciummodel van de hersenvaten. Zij deden dit toen met een handmatige magneet, ongeveer de grootte van een soepblik.

Sindsdien hebben ze de magneet aan het einde van een medische robotarm bevestigd, die gestuurd kan worden met een kleine joystickknop op een muis. Door de joystick te kantelen, kunnen onderzoekers de magneet in een orientatie brengen die een magnetische draad kan volgen. Knoppen op de muis bedienen een set gemotoriseerde lineaire aandrijvingen, die de draad vooruit en achteruit schuiven.

De draad is even dun en flexibel als een conventionele neurovasculaire geleidedraad, met een zachte, magnetisch gevoelige punt die de richting van een magneetveld volgt en buigt.

Validatie in klinische omgeving

Het team testte het robotische systeem in de Catheter Lab van het Massachusetts General Hospital — een operatiekamer met standaard medische imagingapparatuur voor endovasculaire procedures. Ze installeerden de robotarm in de lab, samen met een levensgroot siliciummodel van bloedvaten. De joystick, samen met een monitor met live video van het model, werd in een controlekamers geplaatst. Vanuit daar keek een operator naar de video terwijl hij de joystick gebruikte om de draad op afstand door de vaten te sturen.

Het team trainde een groep neurochirurgen in het gebruik van het robotische systeem. Na slechts één uur training was elk chirurg in staat het systeem succesvol te bedienen om de draad door complexe vaten te leiden die moeilijk te navigeren zijn met een handmatige geleidedraad.

Opruimen van gesimuleerde stolsels

Het team gebruikte het robotische systeem ook om gesimuleerde stolsels in moeilijk bereikbare gebieden in het model op te ruimen. Ze stuURDEN de geleidedraad door vaten, om scherpe hoekjes en bochten heen, naar gebieden waar de onderzoekers stolsels gesimuleerd hadden. Zodra ze de draad bij het stolsel hadden gebracht, gingen de chirurgen over tot standaard endovasculaire methoden om een microcatheter langs de draad naar de plaats van het stolsel te schuiven. Ze trokken de draad terug, lieten de catheter achter, en gebruikten deze met succes om het stolsel te verwijderen.

"Het primaire doel van de magnetische geleidedraad is om snel en veilig bij de doellocatie te komen, zodat standaard apparaten zoals microcatheters gebruikt kunnen worden om therapeutica af te leveren,"

aldus Kim. "Ons systeem is als een padvinder."

Impact op wereldwijde gezondheidszorg

Kim hoopt dat het teleoperatiesysteem meer patiënten in staat stelt tijdskritische behandeling te ontvangen. Hij ziet ook voordelen voor chirurgen, die dergelijke vasculaire procedures meestal in dezelfde ruimte als de patiënt uitvoeren, terwijl ze blootgesteld zijn aan straling van röntgenimaging.

"De neurochirurgen kunnen de robot in een andere kamer of zelfs in een andere stad bedienen zonder herhaalde blootstelling aan röntgenstraling,"

zegt Zhao. "We zijn werkelijk enthousiast over de potentiële impact van deze technologie op de wereldwijde gezondheidszorg, aangezien beroerte een van de leidende oorzaken is van dood en langdurige invaliditeit."