Attenzione: questa pagina è una traduzione automatica di questa pagina originariamente in lingua inglese. Si prega di notare in quanto le traduzioni sono generate da macchine, non tutte le traduzioni saranno perfetti. Questo sito web e le sue pagine web sono destinati ad essere letto in inglese. Ogni traduzione del sito e le sue pagine web possono essere imprecise e inesatte, in tutto o in parte. Questa traduzione è fornita per comodità.

Gli scienziati mettono a punto i sistemi robot per rimozione immagine-guida dei tumori cerebrali difficili da raggiungere

a scienziati e ad ingegneri fondati NIBIB stanno collaborando con i neurochirurghi per sviluppare le tecnologie che permettono alla rimozione più di meno dilagante e immagine-guida dei tumori cerebrali difficili da raggiungere. Le loro tecnologie combinano le tecniche di rappresentazione novelle che permettono che i chirurghi vedano in profondità all'interno del cervello durante la chirurgia con i sistemi robot che migliorano la precisione di rimozione del tessuto.

Un robot che worms il suo modo dentro

Il tasso di sopravvivenza mediano per i pazienti con i glioblastomas, o il tumore al cervello primario dell'alto grado, è di meno di due anni [1]. Un fattore che contribuisce a questo a tariffa ridotta è il fatto che molti tumori profondi e dominanti non sono interamente accessibili o persino visibili quando usando gli strumenti neurochirurgici correnti e le tecniche di rappresentazione.

Ma parecchi anni fa, J. Marc Simard, M.D., un professore di neurochirurgia alla scuola di medicina dell'università del Maryland a Baltimora (UMB), ha avuto una comprensione che ha sperato potrebbe affrontare questo problema. Quando, stava guardando una manifestazione di TV in cui i chirurghi plastici stavano usando le larve sterili per eliminare il tessuto nocivo o morto da un paziente.

“Qui avete avuto un sistema naturale che ha riconosciuto il Male da buon e da buon da Male,„ avete detto Simard. “Cioè le larve hanno eliminato tutta la cattiva roba ed hanno lasciato tutta la buona roba sola e sono realmente piccole. Ho pensato, se aveste qualche cosa di equivalente a quello per eliminare un tumore cerebrale che sarebbe stato un fuoricampo assoluto.„

E così Simard ha collaborato con Rao Gullapalli, Ph.D., professore di radiodiagnostica e di medicina nucleare egualmente a UMB come pure Jaydev Desai, il Ph.D., professore dell'ingegneria meccanica all'università del Maryland, sosta dell'istituto universitario, per sviluppare un piccolo robot neurochirurgico che potrebbe essere utilizzato per eliminare i tumori cerebrali profondi.

In quattro anni, il gruppo aveva progettato, costruito e provato il loro primo prototipo, un'unità barretta barretta con le giunzioni multiple, permettendo che si muova in molte direzioni. Al suggerimento del robot è uno strumento di elettrocauterio, che usa l'elettricità per riscaldare ed infine distruggere i tumori come pure un tubo di aspirazione per l'eliminazione dei detriti.

“L'idea era di avere un'unità che è piccola ma che può fare tutto il lavoro un chirurgo fa normalmente,„ ha detto Simard. “Potreste collocare questa piccola unità robot dentro un tumore e farlo lavorare il suo modo intorno dall'interno di, eliminando i pezzi di tessuto malato.„

Una componente chiave dell'unità del gruppo è la sua capacità di essere usato mentre un paziente sta subendo MRI. Sostituendo la visione normale con MRI continuamente aggiornato, il chirurgo può visualizzare i tumori profondi e riflettere il movimento del robot senza dovere creare una grande incisione nel cervello.

Oltre a diminuire la dimensione dell'incisione, Simard dice che la capacità di osservare il cervello sotto MRI continuo egualmente aiuta i chirurghi a tenersi al corrente dei limiti del tumore in tutto un'operazione. “Quando stiamo funzionando in un modo convenzionale, otteniamo un MRI su un paziente prima che facciamo l'ambulatorio ed usiamo i punti di riferimento che possono essere affigguti al cuoio capelluto o fa parte del cranio per sapere dove siamo all'interno del cervello del paziente. Ma quando il chirurgo entra e comincia eliminare tumore, i tessuti si spostano intorno in modo che ora i limiti che erano affermati quando tutto esisteva non esistano più e siete confrontato ancora una volta con dovere distinguere il cervello normale dal tumore. Ciò è molto difficile per un chirurgo che usando la visione diretta, ma con MRI, la capacità di discriminare il tumore dal non tumore è molto più potente.„

Steve Krosnick, M.D., un direttore del programma a NIBIB, dice che l'orientamento in tempo reale di MRI durante la chirurgia di tumore cerebrale sarebbe un vantaggio tremendo. “A differenza di MRI preoperatorio o di MRI intermittente, che richiede l'interruzione della procedura chirurgica, delineazione rapida di offerte intra-operative in tempo reale di MRI del tessuto normale dal tumore mentre rappresentando gli spostamenti del cervello che si presentano durante la chirurgia.„

Ma progettare un'unità neurochirurgica che può essere utilizzata dentro un magnete di MRI non è compito facile. Una delle prime emissioni che dovete considerare, avete detto Gullapalli, siete l'accesso di un chirurgo al cervello. “Quando scandite il cervello di una persona durante il MRI, è profondo dentro il tunnel del commputer. Il problema è, come mettete le mani sul cervello mentre il paziente nello scanner?„

La soluzione del gruppo era di dare al chirurgo il controllo robot dell'unità per aggirare la necessità di accedere direttamente al cervello. Cioè un chirurgo può inserire il robot nel cervello mentre il paziente è fuori dello scanner. Poi, quando il paziente entra nello scanner, il chirurgo può sedersi in una stanza differente e - mentre guarda le risonanze magnetiche del cervello su un video-movimento il robot in profondità dentro il cervello e lo dirige per electrocauterize ed aspirare il tessuto.

Jaydev Desai, l'ingegnere meccanico del gruppo, dice che l'aspetto più provocatorio del progetto sta progettando un robot che può essere gestito dentro il campo magnetico di un MRI. Mentre i robot sono spesso controllati tramite motori elettromagnetici, questa non era un'opzione perché, oltre ad essere magnetici, questi motori creano la deformazione di immagine significativa, rendente lo impossible affinchè il chirurgo esegua il compito. Altri meccanismi potenziali quali i circuiti idraulici erano fuori dalla tabella dovuto le preoccupazioni circa dispersione fluida.

Invece, Desai ha deciso di usare il materiale della lega-un (SMA) di memoria di forma che altera la sua forma in risposta ai cambiamenti dentro temperatura-a controllo il movimento del robot. Nel più recente prototipo-in via di sviluppo da Desai e nel suo gruppo al laboratorio di robotica, di automazione e (RAMS) di Medical Systems all'università del Maryland, al sistema del parka dell'istituto universitario dei cavi, alle pulegge ed alle sorgenti di SMA sono usati. Questi cavo e sistema di carrucole è un miglioramento dal loro prototipo precedente che ha causato una certa deformazione di immagine.

Con supporto continuato da NIBIB, Desai ed i colleghi ora stanno funzionando più ulteriormente per diminuire la deformazione di immagine e per verificare la sicurezza e l'efficacia della loro unità in maiali come pure in cadaveri umani. Sebbene sia parecchi anni prima che la loro unità riesca a penetrare suo la sala operatoria, Simard è eccitato dalla prospettiva. “Neurochirurgia d'avanzamento a questo livello in cui i commputer o i robot minuscoli potrebbero traversare dentro le teste della gente mentre erano diretto dai neurochirurghi con l'aiuto della rappresentazione di MRI… che è oltre qualche cosa quel maggior parte di sogno della gente di.„

Definizione il cervello

Sul lato opposto del paese, un gruppo differente di ingegneri ed i neurochirurghi egualmente sta lavorando per sviluppare ad uno strumento neurochirurgico immagine-guida e controllato a robot. Piombo da Eric Seibel, il Ph.D., un professore dell'ingegneria meccanica all'università di Washington, il gruppo sta tentando di adattare uno strumento dell'endoscopio-un della fibra di scansione inizialmente sviluppato da Seibel all'immagine dentro i dotti biliari stretti del fegato-così che può essere usato per visualizzare il cervello durante la chirurgia.

Un endoscopio è uno strumento sottile e del tipo di metropolitana con una videocamera fissata alla sua estremità che può essere infilata in una piccola incisione o in un'apertura naturale nell'organismo per produrre il video in tempo reale durante la chirurgia. Gli endoscopi sono una componente essenziale come minimo degli interventi di alta chirurgia perché permettono che i chirurghi osservino l'interno dell'organismo su un video senza dovere fare una grande incisione.

Tuttavia, ci sono molte parti del corpo quali le piccole imbarcazioni e condotte come pure aree in profondità nel cervello che sono inaccessibili agli endoscopi convenzionali. Sebbene gli endoscopi ultrasottili recentemente siano stati sviluppati, Seibel dice che queste più piccole portate vengono con il prezzo di risoluzione di immagine notevolmente diminuita.

“Ora, con gli endoscopi ultrasottili avanzati correnti, calcolo basato sul campo visivo e la loro risoluzione a cui la persona che esamina quella visualizzazione vederebbe così poco quanto per essere classificata negli Stati Uniti come legalmente cieco,„ ha detto Seibel.

Ma con supporto da NIBIB in dieci anni fa, Seibel ha cominciato a lavorare ad un nuovo tipo di endoscopio che potrebbe inserire nelle crepe minuscole nell'organismo mentre conservava l'alta qualità di immagine. Il suo prodotto finale era un nuovo tipo di endoscopio che, malgrado avere il diametro degli stuzzicadenti, può fornire a medici le visualizzazioni microscopiche dell'interno dell'organismo.

Seibel ha conservato la qualità di immagine mentre significativamente diminuire la dimensione della sua portata evitando l'endoscopio tradizionale modella. Invece di una sorgente luminosa e di una videocamera, la portata di Seibel consiste di singola fibra-approssimativo che ottica la dimensione di un essere umano capelli-ha individuato in mezzo alla portata. La fibra rilascia la luce laser bianca (una combinazione di laser verdi, rossi e blu) una volta vibrata ad una frequenza particolare. Dirigendo la luce laser con una serie di lenti nella portata, può essere riflesso ampiamente all'interno dell'organismo, fornente un campo visivo di 100 gradi. Mentre la luce laser bianca interagisce con il tessuto, prende la colorazione e la sparge di nuovo ad un anello delle fibre ottiche supplementari che trasmettono questi informazioni ad un video.

“È quasi come mettere i vostri occhi dentro l'organismo in modo da potete vedere con l'ampia visualizzazione del campo della vostra visione umana,„ ha detto Seibel.

In collaborazione con tre neurochirurghi e un elettrotecnico, Seibel ora sta funzionando per garantire il suo endoscopio novello al suggerimento di uno strumento neurochirurgico della micro-dissezione robot controllata.

Rispetto ai più grandi endoscopi tradizionali, Seibel dice che il suo endoscopio della fibra di scansione è a mala pena notevole.

“È come un pezzo di spaghetti bagnati,„ ha detto Seibel. “È ancora più piccolo poi un pezzo di spaghetti bagnati di diametro, ma ritiene come quello. Così quando è realmente al suggerimento dello strumento del chirurgo, il chirurgo non lo riterrebbe trascinare dietro lei.„

Un vantaggio di avere l'endoscopio sotto controllo robot è che il cervello può essere imaged ad un più alto ingrandimento.

“Un chirurgo non potrebbe giudicare un microscopio costante in sua mano mentre eseguiva la chirurgia, ma la latta del robot,„ ha detto Seibel.

Il dettaglio microscopico è essenziale quando prova per determinare il confine fra sano tessuto-che se eliminato potesse piombo a neurologico deficit-e a cancerogeno tessuto-che se lasciato nel cervello potesse permettere che un tumore ritorni.

Krosnick dice che ha eccitato tramite la combinazione di rappresentazione di alta qualità e di micro-neurochirurgia permessa a robot. “Risponde ad un bisogno critico, che è di discernere i margini del tumore all'alta risoluzione mentre rottura di minimizzazione alle strutture normali.„

Seibel crede che questa distinzione fra il tessuto cancerogeno e sano potrebbe essere ancora ulteriore migliorato approfittando del fatto che il suo endoscopio di scansione può egualmente individuare la fluorescenza. Uno dei fuochi principali della sua ricerca corrente è una collaborazione con JIM Olson, M.D., Ph.D. al centro di ricerca sul cancro di Fred Hutchinson, che è l'inventore di una sostanza chiamata “vernice del tumore„.

La vernice del tumore è una sonda fluorescente che fissa alle celle cancerogene ma non in buona salute una volta iniettata nell'organismo. Seibel dice che lo scopo finale sarebbe di dare ad un paziente un'iniezione della vernice del tumore e poi di utilizzare il suo endoscopio per creare un'immagine delle cellule tumorali stanti flourescenti come pure un'immagine anatomica colorata del cervello. Le due immagini hanno potuto poi essere fuse su uno schermo affinchè il chirurgo osservino durante l'operazione. “Potreste vedere tutta la struttura che un chirurgo avrebbe veduto, ma inoltre vedereste che quei puntiforme molecolari di indicatore luminoso che sono cellule tumorali… e là dal robot può essere usato per resecare, o eliminare, queste piccole celle di cancro e può farlo molto precisamente perché non avete l'agitazione di una tenuta umana.„

Seibel ha concluso dicendo, “là è un posto adatto reale per video-qualità, la rappresentazione ad alta definizione e multimodale che è in un pacchetto minuscolo in moda da poterlo mettere sugli strumenti microscopici per medicina come minimo dilagante. Realmente ritengo che sia una tecnologia permettente che potrebbe muovere l'intero campo in avanti.„

Krosnick è entusiasta dei progressi che i due gruppi hanno realizzato finora. “Queste sono le tecnologie innovarici che, se efficaci, potessero aggiungere significativamente all'armamentario della neurochirurgia. Sono ancora presto in via di sviluppo, ma penso entrambi considerevole promessa di manifestazione.„ Ha concluso sottolineando che, come tutte le nuove unità, queste tecnologie avrebbero dovuto subire una serie di test clinici per assicurare che fossero sicure ed efficaci prima di trasformare il loro modo una sala operatoria.

Source:

University of Maryland