Catetere impiantato nel cervello con un robot si rivela promettente per la neurochirurgia / Catheter implanted into brain with robot shows promise for neurosurgery
Catetere impiantato nel cervello con un robot si rivela promettente per la neurochirurgia / Catheter implanted into brain with robot shows promise for neurosurgery
Il percorso del catetere visto da un chirurgo / A surgeon's view of the catheter's journey
Un nuovo dispositivo flessibile e orientabile è stato inserito nel cervello di pazienti vivi tramite un robot minimamente invasivo: un progresso che potrebbe contribuire alla diagnosi ed al trattamento delle malattie cerebrali.
La ricerca in fase iniziale ha testato l'efficacia e la sicurezza del nuovo catetere impiantabile su due pecore. Se si dimostrasse efficace e sicuro per l'uso umano, potrebbe aiutare i chirurghi ad osservare più in profondità il cervello per diagnosticare malattie, somministrare trattamenti come farmaci ed ablazione laser con maggiore precisione ai tumori e distribuire meglio gli elettrodi per la stimolazione cerebrale profonda in patologie come il Parkinson e l'epilessia.
Lo studio, sviluppato nell'ambito del progetto Enhanced Delivery Ecosystem for Neurosurgery nel 2020 (EDEN2020), è stato finanziato dal programma Horizon 2020 dell'UE ed è descritto in dettaglio in PLOS ONE.
In una dichiarazione, l'autore senior, il Professor Ferdinando Rodriguez y Baena, del Dipartimento di Ingegneria Meccanica dell'Imperial College, ha affermato: "Il cervello è una fragile e complessa rete di cellule nervose strettamente collegate, ciascuna delle quali ha il suo ruolo da svolgere. Quando si manifesta una malattia, vogliamo essere in grado di navigare in questo ambiente delicato per colpire con precisione quelle aree senza danneggiare le cellule sane.
"La nostra nuova piattaforma precisa e minimamente invasiva migliora la tecnologia attualmente disponibile e potrebbe migliorare la nostra capacità di diagnosticare e curare in modo sicuro ed efficace le malattie nelle persone, se si dimostrasse sicura ed efficace."
Si dice che la piattaforma migliori l'attuale chirurgia mininvasiva "a buco della serratura", in cui i chirurghi inseriscono minuscole telecamere e cateteri attraverso piccole incisioni nel corpo.
Include un catetere morbido e flessibile per evitare di danneggiare il tessuto cerebrale durante la somministrazione del trattamento ed un braccio robotico dotato di intelligenza artificiale (IA) per aiutare i chirurghi a far passare il catetere attraverso il tessuto cerebrale.
Il catetere è costituito da quattro segmenti interconnessi che scorrono l'uno sull'altro per consentire una navigazione flessibile. Si collega a una piattaforma robotica che combina input umani ed apprendimento automatico per guidare il catetere verso la sede della malattia. I chirurghi inseriscono quindi fibre ottiche attraverso il catetere in modo da poterne visualizzare e navigare la punta lungo il tessuto cerebrale tramite un joystick.
La piattaforma di intelligenza artificiale impara dagli input del chirurgo e dalle forze di contatto all'interno dei tessuti cerebrali per guidare il catetere.
Rispetto alle tradizionali tecniche chirurgiche "aperte", il nuovo approccio potrebbe contribuire a ridurre i danni ai tessuti durante l'intervento chirurgico ed a migliorare i tempi di recupero dei pazienti e la durata della degenza ospedaliera postoperatoria.
Durante l'esecuzione di interventi chirurgici mininvasivi sul cervello, i chirurghi utilizzano cateteri a penetrazione profonda per diagnosticare e trattare le patologie. I cateteri attuali sono rigidi e difficili da posizionare con precisione senza l'ausilio di strumenti di navigazione robotica. La rigidità dei cateteri, unita alla struttura complessa e delicata del cervello, rende il posizionamento preciso dei cateteri difficile.
Il professor Lorenzo Bello, coautore dello studio presso l'Università degli Studi di Milano, ha affermato: "Uno dei principali limiti dell'attuale MIS è che, se si vuole raggiungere un sito profondo attraverso un foro praticato con una fresa nel cranio, si è vincolati ad una traiettoria rettilinea. Il limite del catetere rigido è la sua accuratezza all'interno dei tessuti cerebrali in movimento e la deformazione tissutale che può causare. Ora abbiamo scoperto che il nostro catetere orientabile può superare la maggior parte di questi limiti".
Per testare la loro piattaforma, i ricercatori hanno inserito il catetere nel cervello di due pecore vive presso l' Università degli Studi di Milano. Le pecore sono state sottoposte a terapia antidolorifica e monitorate 24 ore su 24 per una settimana per rilevare eventuali segni di dolore o sofferenza prima di essere soppresse, in modo che i ricercatori potessero esaminare l'impatto strutturale del catetere sul tessuto cerebrale.
Secondo l'Imperial, non sono stati riscontrati segni di sofferenza, danni ai tessuti od infezioni dopo l'impianto del catetere.
L'autore principale, il Dott. Riccardo Secoli, del Dipartimento di Ingegneria Meccanica dell'Imperial College, ha dichiarato: "La nostra analisi ha dimostrato che abbiamo impiantato questi nuovi cateteri in modo sicuro, senza danni, infezioni o sofferenza. Se otterremo risultati altrettanto promettenti sugli esseri umani, speriamo di poter vedere questa piattaforma in clinica entro quattro anni.
"I nostri risultati potrebbero avere importanti implicazioni per la chirurgia cerebrale mini-invasiva, eseguita tramite robot. Ci auguriamo che contribuisca a migliorare la sicurezza e l'efficacia delle attuali procedure neurochirurgiche in cui è richiesto un impiego preciso di sistemi di trattamento e diagnosi, ad esempio nel contesto della terapia genica localizzata."
ENGLISH
A new flexible, steerable device has been placed in live brains via a minimally invasive robot, an advance that could help the diagnosis and treatment of brain disease.
The early-stage research tested the delivery and safety of the new implantable catheter design in two sheep. If proven effective and safe for use in people, it could help surgeons to see deeper into the brain to diagnose disease, deliver treatment like drugs and laser ablation more precisely to tumours, and better deploy electrodes for deep brain stimulation in conditions such as Parkinson’s and epilepsy.
The study, developed as part of the Enhanced Delivery Ecosystem for Neurosurgery in 2020 (EDEN2020) project, was funded by the EU Horizon 2020 programme and is detailed PLOS ONE.
In a statement, senior author Professor Ferdinando Rodriguez y Baena, of Imperial College’s Department of Mechanical Engineering, said: “The brain is a fragile, complex web of tightly packed nerve cells that each have their part to play. When disease arises, we want to be able to navigate this delicate environment to precisely target those areas without harming healthy cells.
“Our new precise, minimally invasive platform improves on currently available technology and could enhance our ability to safely and effectively diagnose and treat diseases in people, if proven to be safe and effective.”
The platform is said to improve on existing minimally invasive 'keyhole' surgery, where surgeons deploy tiny cameras and catheters through small incisions in the body.
It includes a soft, flexible catheter to avoid damaging brain tissue while delivering treatment, and an artificial intelligence (AI)-enabled robotic arm to help surgeons navigate the catheter through brain tissue.
The catheter consists of four interlocking segments that slide over one another to allow for flexible navigation. It connects to a robotic platform that combines human input and machine learning to steer the catheter to the disease site. Surgeons then deliver optical fibres via the catheter so they can see and navigate the tip along brain tissue via joystick control.
The AI platform learns from the surgeon’s input and contact forces within brain tissues to guide the catheter.
Compared to traditional ‘open’ surgical techniques, the new approach could eventually help to reduce tissue damage during surgery and improve patient recovery times and length of post-operative hospital stays.
While performing minimally invasive surgery on the brain, surgeons use deeply penetrating catheters to diagnose and treat disease. Current catheters are rigid and difficult to place precisely without the aid of robotic navigational tools. The inflexibility of the catheters combined with the intricate, delicate structure of the brain means catheters can be difficult to place precisely.
Professor Lorenzo Bello, study co-author from the University of Milan, said: “One of the key limitations of current MIS is that if you want to get to a deep-seated site through a burr hole in the skull, you are constrained to a straight-line trajectory. The limitation of the rigid catheter is its accuracy within the shifting tissues of the brain, and the tissue deformation it can cause. We have now found that our steerable catheter can overcome most of these limitations.”
To test their platform, the researchers deployed the catheter in the brains of two live sheep at the University of Milan. The sheep were given pain relief and monitored for 24 hours a day over a week for signs of pain or distress before being euthanised so that researchers could examine the structural impact of the catheter on brain tissue.
According to Imperial, they found no signs of suffering, tissue damage, or infection following catheter implantation.
Lead author Dr Riccardo Secoli, from Imperial’s Department of Mechanical Engineering, said: “Our analysis showed that we implanted these new catheters safely, without damage, infection, or suffering. If we achieve equally promising results in humans, we hope we may be able to see this platform in the clinic within four years.
“Our findings could have major implications for minimally invasive, robotically delivered brain surgery. We hope it will help to improve the safety and effectiveness of current neurosurgical procedures where precise deployment of treatment and diagnostic systems is required, for instance in the context of localised gene therapy.”
Da:
https://www.theengineer.co.uk/content/news/catheter-implanted-into-brain-with-robot-shows-promise-for-neurosurgery
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