NIH concede $3,5 milhões para continuar a revelação do sistema robótico para tratar tumores cerebrais

Os pesquisadores no instituto politécnico de Worcester (WPI) e na faculdade médica de Albany, junto com sócios corporativos GE Global Pesquisa e Acústico MedSystems Inc., receberam uma de cinco anos, concessão $3,5 milhões dos institutos de saúde nacionais (NIH) com o programa Académico-Industrial (NCI) da parceria dos institutos nacionais para o cancro, para continuar a revelação de um sistema robótico inovativo que, se operando dentro de um varredor de MRI, pudesse entregar uma ponta de prova mìnima invasora no cérebro para destruir tumores cerebrais metastáticos com ultra-som terapêutico da alta intensidade sob a orientação do tempo real.

A concessão, a segunda concessão principal de NIH para a revelação de sistema, permitirá a equipa de investigação de modelar o comportamento do sistema da ablação do ultra-som, executará a monitoração térmica para fornecer o feedback do tempo real na entrega da dose, aperfeiçoará e verificará a eficácia do sistema, e certificará sua prontidão para ensaios clínicos humanos. A equipa de investigação é conduzida por investigador principais Gregory S. Fischer, PhD, professor adjunto da engenharia da engenharia mecânica e da robótica em WPI e director da automatização e do laboratório Interventional da medicina, e Julie G. Pilitsis, DM, PhD, cadeira do departamento da neurociência e da terapêutica experimental e do professor da neurocirurgia na faculdade médica de Albany.

Fischer e Pilitsis trabalharão pròxima com os dois sócios corporativos. MedSystems acústico no couve-de-milão, Illinois, projectará, construirá, e validará a ponta de prova terapêutica agulha-baseada (NBTU) do ultra-som e fornecerá o software para visualizá-lo e controlar. O centro de pesquisa global de GE em Niskayuna, N.Y., executará capacidades da imagiologia térmica para monitorar, no tempo real, a ablação do tecido do tumor, e colaborará em integrar o sistema robótico com seu varredor clínico de MRI.

As metástases do cérebro, que estão entre o tipo o mais comum de tumores cerebrais, ocorrem quando os cancros preliminares em outros órgãos espalham ao cérebro. Aproximadamente 170.000 novos casos são diagnosticados todos os anos em America do Norte. Actualmente, as únicas opções do tratamento são quimioterapia, radiação, e cirurgia, que têm sucesso limitado e podem prejudicar tecido de cérebro não afectado; além, a cirurgia é possível somente quando os tumores estão em lugar acessíveis.

O sistema que está sendo tornado com a concessão de NIH toma uma aproximação diferente ao tratamento. Usa (2 milímetros no diâmetro) uma ponta de prova fina que possa ser introduzida no cérebro através de um furo pequeno fure dentro o crânio e coloca dentro do tumor. Ajustando a orientação e as saídas de potência da ponta de prova, os doutores poderão entregar as doses da energia do ultra-som da alta intensidade que são letais aos tumores, quando dano de minimização a tecido de cérebro circunvizinho. A energia do ultra-som da alta intensidade mata o tecido aquecendo o (chamado ablação térmica), tornando a possível usar a capacidade de um varredor de MRI para detectar emissões térmicas para monitorar a dose entregada ao tumor.

“A ablação térmica mostrou o potencial como um tratamento eficaz,” Pilitsis disse, “mas os dispositivos disponíveis para usar esta terapia têm limitações severas e não podem tratar todas as formas, tamanhos, e lugar dos tumores. Nossa esperança é que este sistema robótico integrado um dia poderá fornecer todos os pacientes do tumor cerebral um tratamento mais seguro, mais exacto.”

A ponta de prova será introduzida no cérebro com um sistema robótico desenvolvido por uma equipa de investigação de WPI conduzida por Fischer. O núcleo do sistema é um robô capaz do funcionamento dentro de um varredor de MRI. Posicionará e alinhará a ponta de prova antes que esteja introduzido no cérebro e então ajustará sua profundidade e girá-la-á durante o procedimento para conformar-se à forma do tumor. Para assegurar-se de que a ponta de prova esteja visada precisamente no tumor, o alinhamento do robô deve ser baseado em varreduras do tempo real MRI, um pouco do que imagens pré-operativas, desde que o cérebro pode deslocar enquanto a patente está sendo preparada para a cirurgia. As varreduras do tempo real são igualmente necessários verificar a posição da ponta de prova no cérebro, quando a imagiologia térmica MRI-baseada viva será usada para monitorar e fornecer o feedback nos efeitos da ablação do ultra-som.

“Nosso sistema é projectado fornecer muito preciso, controle de circuito fechado,” Fischer disse. “Nós usaremos imagens vivas e imagiologia térmica de MRI para controlar o teste padrão da ablação e para monitorá-lo e ajustar no tempo real limitar os efeitos do thermal à área dentro dos limites do tumor e assegurar-se de que nós estejamos maximizando as probabilidades que nós estamos removendo o tumor inteiro, ao minimizar as possibilidades de tecido não-maligno prejudicial.”

Desde que este controle depende das imagens vivas, o robô de WPI foi projectado com cuidado trabalhar dentro dos confins apertados do varredor de MRI e operar-se eficazmente apesar da presença da outra tecnologia, incluindo o equipamento da anestesia, as bobinas da imagem lactente, e o instrumento paciente da monitoração.

Além, porque os varredores de MRI usam um ímã poderoso, o robô deve ser feito sem metais ferrosos. Será construído principalmente dos plásticos e da cerâmica e usará os motores piezoeléctricos inovativos e a eletrônica feita sob encomenda do movimento-controle que geram níveis muito baixos de ruído elétrico para evitar interferir com o sistema da imagem lactente de MRI. Além, o robô deve ser projectado de modo que todas as peças que vierem em contacto com o paciente possam ser esterilizadas e de modo que o sistema possa se operar confiantemente e com segurança dentro de um ambiente cirúrgico.

Além do que o robô, a equipe de WPI, que inclui candidatos Paulo Carvalho e Katie Gandomi do PhD e cientista Christopher Nycz da pesquisa, PhD, igualmente está desenvolvendo um controlador modular para operar o robô e trabalhará para integrar o sistema robótico com múltiplo outros sistemas, incluindo o varredor de MRI, o software que controla a ponta de prova acústica de MedSystems, e o software da navegação 3D. Fischer disse que o objetivo é entregar um sistema que pudesse facilmente ser integrado no fluxo de trabalho dentro de uma série cirúrgica. “Quando nós obtemos aos ensaios clínicos que nós não poderemos ter um exército dos coordenadores no local,” disse. “Assim nós precisamos de obter muito lisamente ao ponto aonde tudo é executado muito.”

Algum deste trabalho será conduzido na facilidade do R&D do PracticePoint de WPI para sistemas cyberphysical médicos, uma pesquisa sociedade-baseada, a revelação, e a aliança da comercialização fundada para avançar tecnologias dos cuidados médicos. Agora sob a construção no terreno do parque do Gateway de WPI, PracticePoint, que recebeu em 2017 uma concessão $5 milhões de harmonização da administração do Padeiro-Polito de Massachusetts e da tecnologia de Massachusetts colaboradoras, terá encenações clínicas do caso da ponto--prática--uma sala de operações híbrida, uma série da imagem lactente médica, uma série reconfigurável do assistência ao paciente, um laboratório da reabilitação, e um ajuste residencial--onde esperto os dispositivos médicos e os sistemas podem ser pesquisados, desenvolvido, e testado. A série cirúrgica da imagem lactente incluirá um varredor feito por cuidados médicos de GE, um sócio de 3-Tesla MRI da indústria do núcleo em PracticePoint.

“Nós leveraging as facilidades em PracticePoint para fazer muito nosso teste do sistema, validação da compatibilidade de MRI, e integração de sistemas,” Fischer disse. “Ter a capacidade para conduzir este trabalho aqui em Worcester, usando um varredor comparável à tecnologia em que nossos estudos pré-clínicos serão conduzidos, será uma vantagem enorme.”

O sistema robótico que está sendo tornado com a concessão actual de NIH é uma evolução de um sistema projetado e testado pela equipe com um de cinco anos mais adiantado, da faculdade médica de WPI-Albany concessão $3 milhões da agência. “Na primeira fase do projecto, nós desenvolvemos um sistema do prova--conceito e demonstramos que trabalhou como esperado,” Fischer dissemos. “Com a concessão nova, nós podemos aperfeiçoar e inteiramente caracterizar o sistema, verificá-lo com estudos pré-clínicos, e obtê-lo pronto para o uso clínico.”

Quando seu foco actual entregar um sistema para tratar tumores cerebrais com a ablação do ultra-som, Fischer disse que a equipa de investigação igualmente está considerando outros pedidos para sua tecnologia. “Nós estamos criando um dispositivo stereotactic versátil da entrega da neurocirurgia,” disse, “um com aplicações potenciais muito mais largas. Por exemplo, nós poderíamos usá-lo para entregar outras tecnologias da ablação, para fazer biópsias, para fazer a colocação do eléctrodo para a estimulação do profundo-cérebro, e para entregar mesmo a terapêutica tal como a terapia genética. Esta pesquisa abriu um mundo de possibilidades emocionantes.”

Source: https://www.wpi.edu/news/wpi-and-albany-medical-college-developing-robotic-system-treat-brain-tumors