Een team onder leiding van professor Sylvain Martel van het Polytechnique Montréal Nanorobotics Laboratory heeft een nieuwe benadering ontwikkeld om een ​​van de grootste uitdagingen van endovasculaire chirurgie aan te pakken:hoe de moeilijkst toegankelijke fysiologische locaties te bereiken. Hun oplossing is een robotplatform dat het randveld gebruikt dat wordt gegenereerd door de supergeleidende magneet van een klinische magnetische resonantiebeeldvorming (MRI) -scanner om medische instrumenten door diepere en complexere vasculaire structuren te leiden. De aanpak is met succes gedemonstreerd in vivo , en is het onderwerp van een artikel dat zojuist is gepubliceerd in Wetenschap Robotica .

Wanneer een onderzoeker "buiten de kaders denkt" - letterlijk -

Stel je voor dat je een draad zo dun als een mensenhaar dieper en dieper in een zeer lange, zeer smalle buis vol kronkels en bochten. Het gebrek aan stijfheid van de draad, samen met de wrijvingskrachten die op de wanden van de buis worden uitgeoefend, uiteindelijk de manoeuvre onmogelijk zal maken, met de draad op zichzelf gevouwen en vast in een bocht van de buis. Dit is precies de uitdaging voor chirurgen die minimaal invasieve procedures willen uitvoeren in steeds diepere delen van het menselijk lichaam door een voerdraad of ander instrumentarium (zoals een katheter) door nauwe, kronkelige netwerken van bloedvaten.

Het is mogelijk, echter, om een ​​gerichte trekkracht te benutten om de duwkracht aan te vullen, het tegengaan van de wrijvingskrachten in het bloedvat en het veel verder verplaatsen van het instrument. De punt van het apparaat is gemagnetiseerd, en voortgetrokken in de vaten door de aantrekkingskracht van een andere magneet. Alleen een krachtige supergeleidende magneet buiten het lichaam van de patiënt kan zorgen voor de extra aantrekkingskracht die nodig is om het gemagnetiseerde apparaat zo ver mogelijk te sturen. Er is één stuk moderne ziekenhuisapparatuur die die rol kan spelen:een MRI-scanner, die een supergeleidende magneet heeft die een veld genereert dat tienduizenden keren sterker is dan dat van de aarde.

Het magnetische veld in de tunnel van een MRI-scanner, echter, is uniform; dit is essentieel voor de manier waarop patiëntbeeldvorming wordt uitgevoerd. Die uniformiteit vormt een probleem:om de punt van het instrument door de labyrintische vaatstructuren te trekken, het geleidende magnetische veld moet worden gemoduleerd tot de grootst mogelijke amplitude en vervolgens zo snel mogelijk worden verminderd.

Over dat probleem nadenkend, Professor Martel had het idee om niet het belangrijkste magnetische veld in de tunnel van de MRI-machine te gebruiken, maar het zogenaamde randveld buiten de machine. "Fabrikanten van MRI-scanners zullen normaal gesproken het randveld tot een minimum beperken, " legt hij uit. "Het resultaat is een veld met een zeer hoge amplitude dat zeer snel vervalt. Voor ons, dat randveld vertegenwoordigt een uitstekende oplossing die veel beter is dan de beste bestaande magnetische geleidingsbenaderingen, en het bevindt zich in een perifere ruimte die bevorderlijk is voor interventies op menselijke schaal. Voor zover wij weten, dit is de eerste keer dat een MRI-randveld is gebruikt voor een medische toepassing, " hij voegt toe.

Verplaats de patiënt in plaats van het veld

Om een ​​instrument diep in bloedvaten te sturen, er is niet alleen een sterke aantrekkingskracht nodig, maar die kracht moet gericht zijn om de magnetische punt van het instrument in verschillende richtingen in de vaten te trekken. Vanwege de grootte en het gewicht van de MRI-scanner, het is onmogelijk om het te verplaatsen om de richting van het magnetische veld te veranderen. Om dat probleem te omzeilen, de patiënt wordt in plaats daarvan in de buurt van de MRI-machine verplaatst. Het door het team van professor Martel ontwikkelde platform maakt gebruik van een robottafel die in het randveld naast de scanner is geplaatst.

De tafel, ontworpen door Arash Azizi, de hoofdauteur van het artikel en een Ph.D. kandidaat wiens scriptieadviseur professor Martel is - kan op alle assen bewegen om de patiënt te positioneren en te oriënteren volgens de richting waarin het instrument door hun lichaam moet worden geleid. De tafel verandert automatisch van richting en oriëntatie om de patiënt optimaal te positioneren voor de opeenvolgende fasen van de reis van het instrument dankzij een systeem dat de richtingskrachten van het magnetische veld van de MRI-scanner in kaart brengt - een techniek die professor Martel Fringe Field Navigation (FFN) heeft genoemd.

Een in vivo studie van FFN met X-ray mapping toonde de capaciteit van het systeem aan voor efficiënte en minimaal invasieve besturing van instrumenten met een extreem kleine diameter diep in complexe vasculaire structuren die tot nu toe ontoegankelijk waren met bekende methoden.

Robots om chirurgen te redden

Deze robotoplossing, die veel beter presteert dan handmatige procedures en bestaande op magnetische velden gebaseerde platforms, maakt endovasculaire interventieprocedures mogelijk in zeer diepe, en daarom momenteel onbereikbaar, gebieden van het menselijk lichaam.

De methode belooft de toepassingsmogelijkheden van verschillende medische procedures te verbreden, waaronder diagnose, beeldvorming en lokale behandelingen. Onder andere, het kan dienen om chirurgen te helpen bij procedures die de minst ingrijpende methoden vereisen, inclusief behandeling van hersenbeschadiging zoals een aneurysma of een beroerte.