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Los científicos desarrollan los sistemas robóticos para el retiro imagen-conducido de tumores cerebrales difíciles de alcanzar

los científicos y los ingenieros NIBIB-financiados están combinando hacia arriba con los neurocirujanos para desarrollar las tecnologías que habilitan el retiro menos invasor, imagen-conducido de tumores cerebrales difíciles de alcanzar. Sus tecnologías combinan las técnicas de proyección de imagen nuevas que permiten que los cirujanos consideren profundamente dentro del cerebro durante cirugía con los sistemas robóticos que aumentan la precisión del retiro del tejido.

Un robot que worms su manera hacia adentro

La tasa de supervivencia mediana para los pacientes con glioblastomas, o el cáncer de cerebro primario de la alta pendiente, es menos de dos años [1]. Un factor que contribuye a este de tarifa reducida es el hecho de que muchos tumores profundamente arraigados y penetrantes no son totalmente accesibles o aún visibles al usar las herramientas neuroquirúrgicas actuales y las técnicas de proyección de imagen.

Pero hace varios años, J. Marc Simard, M.D., profesor de la neurocirugía en la Facultad de Medicina de la Universidad de Maryland en Baltimore (UMB), tenía un discernimiento que él esperaba puede ser que aborde este problema. Cuando, él había estado mirando a una show televisivo en quien los cirujanos plásticos utilizaban gusanos estéril para quitar el tejido dañado o muerto de un paciente.

“Aquí usted tenía un sistema natural que reconoció malo de bueno y de bueno de malo,” dijo a Simard. “Es decir los gusanos quitaron toda la materia mala y salieron de todo el buen material solo y son realmente pequeños. Pensé, si usted tuviera algo equivalente a ése para quitar un tumor cerebral que sería un home run absoluto.”

Y Simard combinó tan hacia arriba con Rao Gullapalli, Ph.D., profesor de la radiología diagnóstica y del remedio nuclear también en UMB, así como Jaydev Desai, Ph.D., profesor de la ingeniería industrial en la Universidad de Maryland, parque de la universidad, para desarrollar un pequeño robot neuroquirúrgico que se podría utilizar para quitar tumores cerebrales profundamente arraigados.

En el plazo de cuatro años, las personas habían diseñado, construido, y probado su primer prototipo, a dedo-como el dispositivo con las juntas múltiples, permitiendo que se mueva en muchas direcciones. En el extremo del robot es una herramienta de la electrocauterización, que utiliza electricidad para calentar y para destruir final tumores, así como un tubo de succión para quitar los escombros.

“La idea era tener un dispositivo que es pequeño pero que puede hacer todo el trabajo lo hace un cirujano normalmente,” dijo a Simard. “Usted podría poner este pequeño dispositivo robótico dentro de un tumor y hacer que trabaje su manera alrededor de dentro, quitando pedazos de tejido enfermo.”

Un componente clave del dispositivo de las personas es su capacidad de ser utilizado mientras que un paciente está experimentando MRI. Reemplazando la visión normal por MRI contínuo actualizado, el cirujano puede visualizar tumores profundamente arraigados y vigilar el movimiento del robot sin tener que crear una incisión grande en el cerebro.

Además de reducir talla de la incisión, Simard dice que la capacidad de ver el cerebro bajo MRI contínuo también ayuda a cirujanos a no perder de vista límites del tumor en una operación. “Cuando estamos operando de una manera convencional, conseguimos un MRI en un paciente antes de que hagamos la cirugía, y utilizamos los puntos de referencia en tierra que se pueden poner al cuero cabelludo o somos parte del cráneo para saber donde estamos dentro del cerebro del paciente. Pero cuando el cirujano consigue en allí y comienza a quitar el tumor, enfrentan el movimiento de los tejidos alrededor de modo que ahora no existan los límites que eran establecidos cuando todo existía más, y le de nuevo con tener que distinguir el cerebro normal de tumor. Esto es muy difícil para un cirujano que usa la visión directa, pero con MRI, la capacidad de discriminar el tumor del no-tumor es mucho más potente.”

Steve Krosnick, M.D., director de programa en NIBIB, dice que la dirección en tiempo real de MRI durante cirugía del tumor cerebral sería una enorme ventaja. “A diferencia de MRI preoperativo o de MRI intermitente, que requiere la interrupción del procedimiento quirúrgico, delineación rápida de las ofertas intraoperativas en tiempo real de MRI del tejido normal del tumor mientras que explican los movimientos del cerebro que ocurren durante cirugía.”

Pero el diseño de un dispositivo neuroquirúrgico que se pueda utilizar dentro de un imán de MRI no es ninguna tarea fácil. Una de las primeras entregas que usted tiene que considerar, dijo a Gullapalli, es el acceso de un cirujano al cerebro. “Cuando usted explora el cerebro de una persona durante un MRI, él es profundo dentro del túnel de la máquina. El problema es, cómo usted consigue sus manos en el cerebro mientras que el paciente en el analizador?”

La solución de las personas era dar al cirujano el mando robótico del dispositivo para evitar la necesidad de llegar hasta el cerebro directamente. Es decir un cirujano puede insertar el robot en el cerebro mientras que el paciente está fuera del analizador. Entonces, cuando el paciente se traslada al analizador, el cirujano puede sentarse en un diverso cuarto y - mientras que mira las imágenes de MRI del cerebro en un monitor-movimiento el robot profundamente dentro del cerebro y lo ordena para electrocauterize y para aspirar el tejido.

Jaydev Desai, el ingeniero industrial de las personas, dice que el aspecto más desafiador del proyecto ha estado diseñando un robot que se puede controlar dentro del campo magnético de un MRI. Mientras que los robots son a menudo controlados vía los motores electromágneticos, esto no era una opción porque, además de ser magnéticos, estos motores crean la distorsión de imagen importante, haciéndolo imposible para que el cirujano realice la tarea. Otros mecanismos potenciales tales como sistemas hydráulicos estaban de la tabla debido a las preocupaciones por el fuga flúido.

En lugar, Desai decidía utilizar el material de la aleación-uno (SMA) de la memoria de la forma que altera su forma en respuesta a cambios hacia adentro temperatura-a mando el movimiento del robot. En el más reciente prototipo-revelado por Desai y sus personas en el laboratorio de la robótica, de la automatización, y (RAMS) de Medical Systems en la Universidad de Maryland, el sistema del abrigo esquimal de la universidad de cables, las poleas y los muelles de SMA se utilizan. Este sistema del cable y de la polea es una mejoría de su prototipo anterior que causó una cierta distorsión de imagen.

Con el apoyo continuado de NIBIB, Desai y los colegas ahora están trabajando para reducir más lejos la distorsión de imagen y para probar el seguro y la eficacia de su dispositivo en cerdos así como en cadáveres humanos. Aunque será varios años antes de que su dispositivo encuentre su manera en la sala de operaciones, Simard es excitado por la perspectiva. De “neurocirugía avance a este nivel donde las máquinas o los robots minúsculos podrían navegar dentro de las culatas de cilindro de la gente mientras que siendo dirigido por los neurocirujanos con la ayuda de proyección de imagen de MRI… que es más allá cualquier cosa ese la mayoría del sueño de la gente de.”

Scoping el cerebro

En el lado opuesto del país, un diverso grupo de ingenieros y los neurocirujanos también está trabajando para desarrollar una herramienta neuroquirúrgica imagen-conducida, robótico-controlada. Lleve por Eric Seibel, Ph.D., profesor de la ingeniería industrial en la universidad de Washington, las personas está tentativa adaptar una herramienta del endoscopio-uno de la fibra de la exploración desarrollada inicialmente por Seibel a la imagen dentro de los conductos biliares estrechos del hígado-tan que puede ser utilizado para visualizar el cerebro durante cirugía.

Un endoscopio es un fino, tubo-como el instrumento con una cámara de vídeo sujetada a su extremo que se pueda insertar con una pequeña incisión o un orificio natural en la carrocería para producir el vídeo en tiempo real durante cirugía. Los endoscopios son un componente esencial de cirugías como mínimo invasores porque permiten que los cirujanos vean el interior de la carrocería en un monitor sin tener que hacer una incisión grande.

Sin embargo, hay muchas partes de la carrocería tales como pequeños buques y tuberías así como áreas profundamente en el cerebro que son inaccesibles a los endoscopios convencionales. Aunque los endoscopios ultrafinos se hayan desarrollado recientemente, Seibel dice que estas extensiones más pequeñas vienen con el precio de la resolución de imagen grandemente reducida.

“Ahora, con los endoscopios ultrafinos avanzados actuales, calculo basado en el campo visual y su resolución en cuanto a los cuales la persona que observa ese despliegue vería tan poco para ser clasificada en los E.E.U.U. como legalmente ciega,” dije Seibel.

Pero con el apoyo de NIBIB durante hace diez años, Seibel comenzó a trabajar en un nuevo tipo de endoscopio que podría ajustar en las hendeduras minúsculas en la carrocería mientras que conservaba alta calidad de la imagen. Su producto final era un nuevo tipo de endoscopio que, a pesar de tener el diámetro de un palillo, puede proveer de doctores las vistas microscópicas del interior de la carrocería.

Seibel conservó calidad de la imagen mientras que importante reducir la talla de su extensión evitando el endoscopio tradicional modela. En vez de una fuente de luz y de una cámara de vídeo, la extensión de Seibel consiste en una única fibra-aproximado óptica que la talla de un ser humano pelo-situó en el medio de la extensión. La fibra libera la luz laser blanca (una combinación de laseres verdes, rojos, y azules) cuando está vibrada en una frecuencia determinada. Dirigiendo la luz laser con una serie de lentes en la extensión, puede ser reflejado extensamente dentro de la carrocería, ofreciendo un campo visual de 100 grados. Mientras que la luz laser blanca obra recíprocamente con el tejido, toma la coloración y la dispersa de nuevo a un anillo de las fibras ópticas adicionales que transmiten esta información a un monitor.

“Es casi como poner sus aros dentro de la carrocería así que usted puede ver con la opinión amplia del campo de su visión humana,” dijo Seibel.

En colaboración con tres neurocirujanos y un ingeniero eléctrico, Seibel ahora está trabajando para asegurar su endoscopio nuevo al extremo de una herramienta neuroquirúrgica de la micro-disección robótico controlada.

En comparación con endoscopios tradicionales más grandes, Seibel dice que su endoscopio de la fibra de la exploración es pelado sensible.

“Es como un pedazo de espaguetis mojados,” dijo Seibel. “Es incluso más pequeño entonces un pedazo de espaguetis mojados en diámetro, pero asierra al hilo como ése. Tan cuando está real en el extremo de la herramienta del cirujano, el cirujano no la aserraría al hilo el arrastrar detrás de ella.”

Una ventaja del tener el endoscopio bajo mando robótico es que el cerebro puede ser reflejado en un aumento más alto.

“Un cirujano no podría esperar un microscopio constante en su mano mientras que realizaba cirugía, pero la poder del robot,” dijo Seibel.

El detalle microscópico es esencial al intentar determinar la banda entre sano tejido-que si estuvo quitada podría llevar a neurológico déficit-y a cacerígeno tejido-que si estuvo ida en el cerebro podría permitir que un tumor vuelva.

Krosnick dice que él ha excitado por la combinación de la proyección de imagen de alta calidad y de la micro-neurocirugía habilitada robótica. “Dirige una necesidad crítica, que es discernir márgenes del tumor en la alta resolución mientras que la desorganización que disminuye a las estructuras normales.”

Seibel cree que esta discriminación entre el tejido cacerígeno y sano podría ser incluso más futura aumentado aprovechándose del hecho de que su endoscopio de la exploración puede también descubrir fluorescencia. Uno de los focos principales de su investigación actual es una colaboración con Jim Olson, M.D., Ph.D. en el centro de investigación de cáncer de Fred Hutchinson, que es el inventor de una substancia llamada “pintura del tumor”.

La pintura del tumor es una antena fluorescente que sujeta a las células cacerígenas pero no sanas cuando está inyectada en la carrocería. Seibel dice que el objetivo último sería dar a un paciente una inyección de la pintura del tumor y después utilizar su endoscopio para crear una imagen de las células cancerosas que son fluorescentes así como una imagen anatómica coloreada del cerebro. Las dos imágenes se podían entonces combinar en una pantalla para que el cirujano vea durante una operación. “Usted podría ver toda la estructura que un cirujano vería, pero usted también vería que esas puntas moleculares de la luz que sean células cancerosas… y allí del robot se puede utilizar para resecar, o quitar, estas pequeñas células del cáncer, y él puede hacerlo muy exacto porque usted no tiene la sacudida de un ser humano que la lleva a cabo.”

Seibel concluyó diciendo, “allí es un lugar real para la calidad de vídeo, la proyección de imagen de alta resolución, multimodal que está en un empaquetar minúsculo para poderlo poner en las herramientas microscópicas para el remedio como mínimo invasor. Asierro al hilo realmente que es una tecnología que habilita que podría mover el campo entero adelante.”

Krosnick es entusiasta sobre el progreso que las dos personas han hecho hasta ahora. “Éstas son las tecnologías innovadoras que, si son efectivas, podrían agregar importante al armamentarium de la neurocirugía. Todavía están temprano en el revelado, pero pienso ambos considerable promesa de la demostración.” Él concluyó acentuando que, como todos los nuevos dispositivos, estas tecnologías necesitarían experimentar una serie de juicios clínicas para asegurarse de que son seguras y de manera efectiva antes de hacer su manera en una sala de operaciones.

Source:

University of Maryland