Los robots podrían algún día ayudar a los cirujanos eliminar difícil acceso tumores cerebrales

Marcha 13, 2016 Admin Salud 0 18
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Un robot que se arrastra en

La tasa de supervivencia media para los pacientes con glioblastomas, o de alto grado del cáncer primario del cerebro, es inferior a dos años. Un factor que contribuyó a esta baja tasa es el hecho de que muchos tumores profundos y generalizados no son totalmente accesibles o incluso visible al utilizar las herramientas actuales y las técnicas de imagen de neurocirugía.

Pero hace unos años, J. Marc Simard, MD, profesor de neurocirugía en la Universidad de Maryland Escuela de Medicina de Baltimore (UMB), ha tenido la intuición de que él esperaba resolver este problema. En ese momento, él había estado viendo un programa de televisión en el que los cirujanos plásticos se utilizan gusanos estériles para extraer tejido muerto o dañado de un paciente.




"Aquí usted tiene un sistema natural que reconoce el bien del mal y el bien del mal", dijo Simard. "En otras palabras, las larvas se quitó todas las cosas malas y cosas buenas ha quedado sola, y son muy pequeñas. Pensé, si tienes algo equivalente a la que para extirpar un tumor cerebral que sería un jonrón absoluta."

Y así Simard ha trabajado con Rao Gullapalli, Ph.D., profesor de radiología de diagnóstico y medicina nuclear en UMB como Jaydev Desai, Ph.D., profesor de ingeniería mecánica en la Universidad de Maryland, College Park, desarrollar un pequeño robot neuroquirúrgico que podría ser utilizado para eliminar los tumores cerebrales de profundidad.

Dentro de cuatro años, el equipo había diseñado, construido y probado su primer prototipo, un dispositivo con más articulaciones de los dedos, lo que le permite moverse en muchas direcciones. En la punta del robot es un electrocauterio herramienta, que utiliza electricidad para calentar y destruir tumores, así como un tubo de succión para la eliminación de desechos.

"La idea era tener un dispositivo que es pequeño pero se puede hacer todo el trabajo de un cirujano normalmente lo hacen", dijo Simard. "Se puede poner este pequeño dispositivo robótico dentro de un tumor y correr por el interior, la eliminación de piezas de tejido enfermo."

Un componente clave del dispositivo del equipo es su capacidad de ser utilizado mientras que un paciente está sometido a resonancia magnética. Sustituyendo la visión normal con continuamente actualizada MRI, el cirujano es capaz de ver los tumores profundos y controlar el movimiento del robot sin tener que crear una gran incisión en el cerebro.

Además de reducir el tamaño de la incisión Simard dice la capacidad de ver el cerebro en MRI continua también ayuda a los cirujanos un seguimiento de tumor límites durante una operación. "Cuando estamos operando de una manera convencional, obtenemos una resonancia magnética en un paciente antes de que hicimos la cirugía, y utilizamos los puntos de referencia que, o bien pueden ser adheridas al cuero cabelludo o forman parte del cráneo para saber dónde estamos dentro de la paciente cerebro. Pero cuando el cirujano entra allí y comienza a extraer el tumor, los tejidos moverse de modo que ahora los límites que han sido bien establecidos, cuando todo estaba en su lugar, ya no existen, y que se enfrentan una vez más de tener que diferenciar entre un tumor de cerebro normal. Esto es muy difícil para un cirujano con visión directa, pero con MRI, la capacidad de discriminar tumor a tumor no es mucho más potente ".

Steve Krosnick, MD, director del programa en NIBIB, dice en tiempo real MRI orientación durante la cirugía de tumores cerebrales sería una gran ventaja. "A diferencia de la RM preoperatoria o resonancia magnética intermitente, lo que requiere la interrupción del procedimiento quirúrgico, en tiempo real, intra-operatorio RM ofrece una definición rápida de los tejidos normales por el tumor tener en cuenta los cambios en el cerebro que ocurren durante ' cirugía ".

Pero el diseño de un dispositivo neuroquirúrgico que se puede utilizar dentro de un imán de MRI es una tarea fácil. Una de las primeras cuestiones que debe considerar, dijo Gullapalli, es el acceso a un neurocirujano. "Al escanear el cerebro de una persona durante una resonancia magnética, que es profundo túnel de la máquina. El problema es, ¿cómo conseguir sus manos en el cerebro, mientras que el paciente en el escáner?"

Solución del equipo era dar al cirujano controlar el dispositivo robótico con el fin de eludir la necesidad de ir directamente al cerebro. En otras palabras, un cirujano puede insertar el robot en el cerebro mientras el paciente se encuentra fuera del escáner. Entonces, cuando el paciente se mueve a través del escáner, el cirujano puede sentarse en una habitación diferente y buscar-mientras que las imágenes de resonancia magnética del cerebro en un monitor - mover el robot en el interior del cerebro y dirigirla a electrocauterize y chupar la tela.

Jaydev Desai, ingeniero mecánico del equipo, dice que el aspecto más difícil del proyecto era diseñar un robot que puede ser controlado dentro del campo magnético de la resonancia magnética. Mientras que los robots son controlados a menudo mediante el uso de motores electromagnéticos, esto no era una opción, ya que, además de ser magnético, estos motores generan una distorsión significativa de las imágenes, por lo que es imposible para el cirujano para realizar la tarea. Otros mecanismos posibles, tales como sistemas hidráulicos eran fuera de la mesa debido a la preocupación por la fuga de fluido.

En lugar de ello, Desai decidió utilizar aleaciones con memoria de forma (SMA) - un material que altera su forma en respuesta a cambios de temperatura - para controlar el movimiento del robot. En el último prototipo - desarrollado por Desai y su equipo de Robótica, Automatización y Sistemas Médicos (RAMS) laboratorio de la Universidad de Maryland, College Park - un sistema de cables, poleas y muelles de SMA se utilizan. Este sistema de cables y poleas es una mejora de su prototipo anterior, lo que causó una cierta distorsión.

Con el apoyo continuo de NIBIB, Desai y sus colegas ahora están trabajando para reducir aún más la distorsión de la imagen y para probar la seguridad y eficacia de su dispositivo en cerdos y cadáveres humanos. A pesar de que pasarán varios años antes de que su dispositivo se abre paso en la sala de operaciones, Simard está entusiasmado por la perspectiva. "Avanzando en la cirugía del cerebro en este nivel donde las máquinas o robots podrían entrar en las mentes de las personas diminutas, mientras que siendo dirigidos por los neurocirujanos, con la ayuda de imágenes de resonancia magnética ... Y 'más allá de lo que la mayoría de la gente el sueño de la ".

Definición del alcance del cerebro

En el lado opuesto del país, otro grupo de ingenieros y neurocirujanos también está trabajando para desarrollar una imagen guiada por robot neuroquirúrgico herramienta controlada. Dirigido por Eric Seibel, Ph.D., profesor de ingeniería mecánica en la Universidad de Washington, el equipo está tratando de adaptarse a un endoscopio de fibra de exploración - una herramienta desarrollada inicialmente por imagen Seibel dentro de los conductos biliares se estrechan hígado - - por lo que se puede utilizar para visualizar el cerebro durante la cirugía.

Un endoscopio es un instrumento delgado, con forma de tubo con una cámara conectada en su extremo que se puede insertar a través de una pequeña incisión o abertura natural del cuerpo para producir vídeo en tiempo real durante la cirugía. Los endoscopios son un componente esencial de la cirugía mínimamente invasiva, ya que permiten a los cirujanos visualizar el interior del cuerpo en un monitor sin tener que hacer una incisión grande.

Sin embargo, hay muchas partes del cuerpo como los pequeños vasos y conductos, así como las zonas profundas del cerebro que son inaccesibles para los endoscopios convencionales. A pesar de que recientemente se han desarrollado endoscopios ultradelgados, Seibel dijo que estas áreas son más pequeños con el precio de muy reducido resolución.

"En este momento, con el estado actual de la técnica endoscopios ultradelgados, que calcula basado en el campo de visión y resolución que el espectador vería que muestra lo poco que se clasificarán en los EE.UU. como legalmente ciego", dijo Seibel.

Pero con el apoyo del NIBIB hace más de diez años, comenzó a trabajar en un nuevo tipo de endoscopio Seibel que podrían encajar en pequeñas grietas en el cuerpo mientras se mantiene una alta calidad de imagen. Su producto final era un nuevo tipo de endoscopio que, a pesar de tener el diámetro de un palillo de dientes, puede proporcionar a los médicos con vistas microscópicas del interior del cuerpo.

Seibel mantiene la calidad de imagen, lo que reduce significativamente el tamaño de su ámbito de aplicación, evitando los modelos tradicionales endoscopios. En lugar de una fuente de luz y una cámara de vídeo, el alcance de Seibel consta de una sola fibra óptica - sobre el tamaño de un cabello humano - situado en el centro del campo de aplicación. La blanca luz láser de fibra de emitir (una combinación de láser verde, rojo y azul) cuando se hace vibrar a una frecuencia particular. Al presentar la luz láser a través de una serie de lentes en el flujo, puede ser ampliamente reflejada en el interior del cuerpo, proporcionando un campo visual de 100 grados. A medida que la luz láser interactúa con las telas blancas, recoge el colorido y dispersa de nuevo a un anillo de fibra óptica adicionales que transmiten esta información a un monitor.

"Es casi como poner los ojos en el interior del cuerpo que ver con el amplio campo de visión de la visión humana", dijo Seibel.

En colaboración con tres neurocirujanos y un ingeniero eléctrico, Seibel está trabajando para garantizar su novela endoscopio en la punta de un robot controlado herramienta neuroquirúrgica micro-disección.

A diferencia de los endoscopios convencionales mayor Seibel decir su endoscopio exploración fibra es apenas perceptible.

"It s 'como un fideo mojado", dijo Seibel. "Es incluso más pequeño que un pedazo de espagueti húmedas de diámetro, pero se siente de esa manera. Así, cuando en realidad es la punta de la herramienta del cirujano, el cirujano no se siente arrastrando detrás de ella."

Una de las ventajas de tener el endoscopio bajo control robótico es que el cerebro se pueden obtener imágenes con un mayor aumento.

"Un cirujano no podía mantener un microscopio constante en la mano mientras se realiza una cirugía, pero el robot puede", dijo Seibel.

Detalle microscópico es esencial cuando se trata de establecer el límite entre el tejido sano - que si se retira podría llevar a déficits neurológicos - y tejido canceroso - que, si no en el cerebro podría permitir a un tumor para volver.

Krosnick dice excitado por la combinación de imágenes y robótica de alta calidad permitido micro-neurocirugía. "Responde a una necesidad crítica, que es discernir los márgenes del tumor con alta resolución, lo que minimiza la interrupción de las estructuras normales."

Seibel considera que esta discriminación entre tejido sano y tumoral podría mejorarse aún más tomando ventaja del hecho de que su endoscopio análisis también es capaz de detectar la fluorescencia. Uno de los principales objetivos de su investigación actual es una colaboración con Jim Olson, MD, Ph.D., en el Centro de Investigación del Cáncer Fred Hutchinson, que es el inventor de una sustancia llamada "pintar el tumor".

Tumor de pintura es una sonda fluorescente que se adhiere a las células cancerosas pero no saludable cuando se inyecta en el cuerpo. Seibel dice que el objetivo último sería enviar a un paciente una inyección de pintura tumor y luego utilizar el endoscopio para crear una imagen de las células tumorales, así como una imagen coloreada cerebral anatómica fluorescente. Las dos imágenes se pueden fusionar en una pantalla para que el cirujano pueda ver durante el funcionamiento. "Sería capaz de ver toda la estructura que un cirujano hubiera visto, pero también podría obligar a los puntos moleculares de luz que son las células del cáncer ... y desde allí el robot puede ser utilizado para eliminar, o eliminar, estos pequeños las células cancerosas, y usted puede hacer mucho, sólo porque usted no tiene el temblor de un hombre con ella ".

Seibel Concluyó diciendo: "No es un verdadero nicho de calidad de vídeo, de alta resolución, imágenes de múltiples modalidades que se encuentra en un paquete muy pequeño por lo que se puede poner en instrumentos microscópicos para la medicina mínimamente invasiva. Siento que es una tecnología que permite que pueda mover todo el campo hacia adelante ".

Krosnick está muy entusiasmado con el progreso de los dos equipos se han hecho hasta ahora. "Es tecnologías innovadoras que, de ser efectiva, podría aumentar considerablemente el arsenal cirugía cerebral. Todavía estoy en el comienzo del desarrollo, pero creo que ambos muestran considerable promesa." Por último, subrayó que, al igual que con todos los nuevos dispositivos, estas tecnologías tendrían que someterse a una serie de ensayos clínicos para garantizar que son seguros y efectivos antes de hacer su camino en una sala de operaciones.

Para obtener más información y un video que muestra cómo funciona el modelo, consulte: http://www.nibib.nih.gov/news-events/newsroom/robots-could-one-day-help-surgeons-remove-hard-reach-brain-tumors

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