Роборуку с магнитом приспособили для удаленных эндоваскулярных операций

Инженеры из MIT разработали систему для дистанционного проведения эндоваскулярных хирургических операций, таких как тромбоэктомия или эмболизация аневризм. Она состоит из манипулятора с постоянным магнитом на конце и электроприводов для управления движением намагниченного хирургического инструмента внутри кровеносных сосудов. Хирургические манипуляции выполняются полностью удаленно с помощью пульта и контролируются в реальном времени с помощью рентгеновского аппарата и ангиографии. Испытания показали более высокую безопасность магнитной системы управления в сравнении с ручными операциями. Инженеры надеются, что их разработка повысит доступность качественной и быстрой хирургической помощи для пациентов с заболеваниями кровеносных сосудов. Статья с описанием разработки опубликована в журнале Science Robotics.

Сегодня для оперативного лечения инсультов и других проблем с кровеносными сосудами зачастую прибегают к эндоваскулярной хирургии. Это малоинвазивный метод, который позволяет хирургу добраться до источника проблемы — тромба или аневризмы — без больших разрезов на теле пациента. Все необходимые манипуляции выполняются через небольшой прокол в кровеносном сосуде, через который вводится хирургический инструмент для удаления тромба или эмболизации аневризмы, а процесс контролируется визуально в реальном времени с помощью рентгеновской С-дуги и ангиографии.

В случае инсульта скорость, с которой будет проведена операция, имеет решающее значение для сохранения жизни и здоровья пациента. Однако не в каждой больнице есть персонал, обладающий достаточной квалификацией, а транспортировка пациента увеличивает время до проведения операции, а значит снижает шансы на выживание. Для решения этой проблемы инженеры из Массачусетского технологического института под руководством Юнхо Кима (Yoonho Kim) разработали систему для удаленного выполнения эндоваскулярных хирургических операций.

Основным компонентом системы выступает медицинский манипулятор фирмы KUKA, имеющий 7 осей вращения. На конце манипулятора закреплен постоянный неодимовый магнит цилиндрической формы диаметром и высотой 100 миллиметров. Роборука может перемещаться вокруг пациента, а магнит на ее конце поворачивается и отклоняется в разные стороны, оказывая с помощью магнитного поля воздействие на хирургический инструмент с магнитными элементами. Таким образом робот управляет инструментом и выполняет необходимые манипуляции внутри организма.

При выполнении эндоваскулярных операций в кровеносный сосуд через прокол с помощью направляющего проводника вводится микрокатетер, по которому затем доставляется необходимый инструмент для удаления тромбов или, например, проволока для эмболизации аневризмы. Проводник представляет собой проволоку диаметром 400 микрометров из никель-титанового сплава нитинола, покрытую полимером — термопластичным полиуретаном.

Для управления проводником в сети кровеносных сосудов с помощью магнитного поля полимерная оболочка на его конце длиной около 50 миллиметров содержит частицы неодимового магнита. Это позволяет воздействовать с помощью магнитного поля на конец проводника, отклоняя его в нужном направлении.  Для облегчения прохождения развилок под острыми углами и узких участков сосудов небольшая часть магнитного конца проводника длиной 4 миллиметра изготовлена только из полимера.

Продольное перемещение микрокатетера, проводника и других инструментов по кровеносному сосуду осуществляется с помощью системы электроприводов с червячной передачей, а визуальный контроль за операцией осуществляется в реальном времени с помощью рентгеновского оборудования и ангиографии, которая позволяет визуализировать систему кровеносных сосудов, по которым происходит движение хирургических инструментов.

Управление операцией происходит дистанционно с помощью джойстиков. Хирург может наблюдать за процессом через мониторы, на которые выводится информация с рентгеновского аппарата, а также сведения о точном текущем пространственном положении роборуки относительно пациента в операционной.

Для отработки техники проведения эндоваскулярных операций с использованием новой системы, инженеры провели ряд процедур на тренировочной анатомической модели с искусственной кровеносной системой головного мозга, в которой сосуды выполнены из силикона, а также имитируется кровоток с помощью жидкости, схожей по характеристикам с настоящей кровью. В одной из них они выполняли тромбоэктомию — удаление искусственного тромба, а в другой проводили тренировку процедуры эмболизации аневризмы микроспиралью — заполнение мешка аневризмы платиновой проволокой для исключения ее из кровотока. Кроме этого, в рамках процедуры доклинических исследований были проведены тесты на живой йоркширской свинье, которая находилась под общим наркозом. Для тестирования навигации микрокатетера с помощью магнитного манипулятора использовали плечевую артерию животного, предварительно реконструировав трехмерную модель оперируемого участка кровеносной системы с помощью рентгеноскопии и ангиографии.

Разработчики сравнили эффективность хирургических манипуляций, выполняемых хирургом вручную и с помощью новой роботизированной системы. Количество опасных отклонений проволочного проводника и микрокатетера во время ручного проведения операций оказалось значительно выше, чем при навигации по кровеносным сосудам вблизи опасных и сложных участков с помощью манипулятора. Таким образом магнитный манипулятор позволил снизить шанс случайного прокола стенки кровеносного сосуда. Кроме того, использование дистанционного пульта управления позволяет снизить время, проводимое хирургом вблизи источника рентгеновского излучения. Инженеры надеются, что в будущем их разработка станет шагом к полуавтоматической или даже полностью автоматической системе для проведения эндоваскулярных операций.

Ранее мы рассказывали об инженерах из Нидерландов, которые разработали хирургический инструмент для малоинвазивных операций. Созданное ими устройство имитирует работу яйцеклада ос-наездников и представляет собой шесть подвижных стальных лезвий, кольцеобразно расположенных внутри полой металлической трубки.

Андрей Фокин