Chirurgen Verwenden Self-Navigation Roboter zu Finden, Undichte Ventil in der Schweine-Herzen

The robotic catheter used for heart surgery on pigs. Die Roboter-Katheter verwendet für Herz-Operation auf Schweine. Bild: Fagogenis et al., Sci. Roboter. 4, eaaw1977 (2019

Bei einem kürzlich durchgeführten experiment bei der Boston Children ‘ s Hospital, Biotechnologen Kenntnisse verwendet werden eine Roboter-Katheter zu erreichen, ein undichtes Ventil in pig hearts. Aber diese bekommen—war das Gerät völlig autonom, die Navigation durch das Herz ganz von selbst und ohne den Vorteil eines Chirurgen führende hand. Willkommen in der Zukunft der Herzchirurgie.

Neue Forschung veröffentlichte heute in der Wissenschaft der Robotik beschreibt eine Roboter-Katheter, der in der Lage ist zu bewegen, sich autonom in einem lebenden Körper. In tests, das Gerät navigiert durch schlagen, mit Blut gefüllte Schweine-Herzen auf der Suche nach Ihrem Ziel, einen undichten herzklappenprothese. Einmal auf der Szene, ein Chirurg übernahm, um die Reparatur abzuschließen. Der senior investigator des Projekts, bioengineer Pierre Dupont, Boston Children ‘ s Hospital, sagte, dass diese proof-of-concept-experiment schlägt vor, autonome chirurgischen Roboter verwendet werden könnte, für komplexe Verfahren, zu befreien, Chirurgen, um den Fokus auf den schwierigsten Aufgaben.

“Der richtige Weg, um darüber nachzudenken, ist durch die Analogie der Kampfpilot und die [autonome] fighter plane”, sagte Dupont in einer Pressemitteilung. “Der Kämpfer-Flugzeug übernimmt die routine-Aufgaben wie das Flugzeug, so kann der pilot den Fokus auf die übergeordneten Aufgaben der mission.”

Neben der Entlastung der Chirurgen von einem anstrengenden, beschwerlichen Aufgabe, eine minimal invasive Prozedur, wie dies verringert die Chancen von trauma und Infektion, die damit verbundenen Risiken der Operation am offenen Herzen. Derzeit Roboter-Katheter verwendet, während der Herz-Operation, aber Sie sind nicht autonom und erfordert einen Chirurgen, um manuell verschieben Sie das Gerät mithilfe von joysticks. Was mehr ist, ein patient erfordert in der Regel etwa 30 Minuten der Exposition gegenüber Röntgenstrahlen während des Verfahrens, das ist natürlich nicht toll.

Illustration of robotic catheter navigation to the site of the leaking prosthetic valve. Illustration von robotic catheter navigation auf der Website ist undicht herzklappenprothese.
Bild: Fagogenis et al., Sci. Roboter. 4, eaaw1977 (2019

Ein Schlüssel zu diesem Durchbruch war die Anwendung der haptische vision—eine form des “Sehens” durch den Tastsinn. Inspiriert durch die Art und Weise Insekten und andere Kreaturen bewegen, in dunklen oder unbekannten Umgebungen, Dupont und seine Kollegen ein system entwickelt, das fähig ist, lernen die Lage des Landes durch Berührung. In diesem Fall, das “land” Bestand aus dem Herz-Kreislaufstillstand. Die Roboter-Katheter war in der Lage, Sinn und kriechen entlang der Gewebe der Wände zu erreichen, eine gezielte Standort im Herzen.

Zum aktivieren des haptischen vision, Forscher an Dupont Labor entwickelte optischen touch-sensor. Dieser sensor, der mit Hilfe von AI, eine vorprogrammierte Anatomie Lektion, und Prä-operativen scans, sagte der Katheter, wo es war, befindet sich im inneren des Herzen und, wo es notwendig zu gehen, weiter. Der sensor, befestigt am unteren Ende des Katheters, war in der Lage zu erkennen, ein Herz Wand, spüre die Anwesenheit von Blut, und erkennen ein Ventil. Er wußte auch, wie stark und wie Häufig es benötigt, um Druck auf das Gewebe Wänden.

Der Katheter selbst besteht aus konzentrischen, Teleskop-Rohr-Roboter-Technologie. Ein “motorisierter Antrieb befindet sich an der Basis der Rohre gedreht und teleskopartig verlängert die Röhren mit Bezug zueinander zu Steuern die Form der Katheter und seine tip-position” beschreiben die Autorinnen und Autoren der neuen Studie.

The force sensing tool connected to the catheter. Das force-sensing-tool verbunden mit dem Katheter.Bild: Fagogenis et al., Sci. Roboter. 4, eaaw1977 (2019

In den tests verwendeten die Wissenschaftler das autonome Katheter, ein Verfahren, bekannt als paravalvular aortic-Leck-Verschluss, der getan wird, um die Reparatur-Ersatz-Herzklappen, die undicht an den Rändern. Schweine wurden gewählt für das experiment angesichts der ähnlichkeit Ihrer Anatomie an uns. Das Gerät war in der Lage zu bewegen, in das Herz ganz von selbst, schließlich das Ziel zu erreichen. Von dort aus, ein Chirurg übernahm, die Bereitstellung von einem Gerät aus dem inneren der Katheter genannt, ein occluder Stecker die undichte Gewebe, welches die prothetischen Ventil. In insgesamt fünf Schweine wurden verwendet, die im Laufe von 83 Studien. Die autonome Katheter sein Ziel erreicht in 95 Prozent der versuche, die erfordern, um die gleiche Menge an Zeit als Chirurg. Die Forscher waren nicht in der Lage zu erkennen, keine Anzeichen von Blutergüsse, Kratzer oder andere Gewebeschäden.

A diagram of the occluder deployment system. Ein Diagramm der occluder deployment system.Bild: Fagogenis et al., Sci. Roboter. 4, eaaw1977 (2019

“Dies ist ein bedeutender Durchbruch und ein herausragendes Stück Arbeit”, sagte Ellen Roche, assistant professor am MIT-Institut für Medizintechnik und Wissenschaft, in einer Mail an Gizmodo. “Autonome Katheter sein könnte, transformative in der interventionellen Kardiologie und Herzchirurgie, sowie für andere Operationen.”

Roche, der war nicht beteiligt mit der neuen Forschung, war beeindruckt vom Einsatz der haptischen vision, um die autonome Steuerung, die sagen, es wäre interessant zu sehen, wie das system funktionieren könnte für andere Verfahren als das verhindern von Leckage an einem implantierten Ersatz-Ventil.

Nikolay Vasilyev, ein Assistent professor für Chirurgie in der Klinik für Herzchirurgie am Boston Children’ s Hospital, gefiel der neue Ansatz, zu sagen, könnte es den Weg ebnen, die Entwicklung von autonomen image-guided robotic Reparaturen, nicht nur im Herzen, sondern auch im Rücken (Wirbelsäule), Gefäßerkrankungen (Venen und Arterien), Magen-Darm, und andere chirurgische Eingriffe.

“Eine mögliche Hürde für die Breite klinische Anwendung, neben der Behandlung von Fragen zur Sicherheit und Gewährleistung der Akzeptanz der Benutzer, die die Technologien entwickeln sich viel schneller, als Vorschriften,” Vasilyev, der war nicht angeschlossen mit der neuen Studie, schrieb in einer Mail an Gizmodo. “Dies erfordert eine enge Zusammenarbeit mit Aufsichtsbehörden und möglicherweise die Schaffung neuer standards für die Zulassungen von autonomen medizinischen Robotik-Geräte.”

Das heißt, und wie Roche, erklärt Gizmodo, es “normalerweise dauert es 3 bis 7 Jahren auf die Genehmigung für den menschlichen Gebrauch erst einmal das design eingefroren ist, eingereicht wurde, die FDA, so dass wahrscheinlich ein paar Jahre länger insgesamt.” So könnte es sein, ein weiteres Jahrzehnt, bevor wir sehen, autonomen Roboter-Sonden schleichen sich Ihren Weg durch unseren Körper während der Operation. Das sollten die Regulierungsbehörden genug Zeit, um mögliche Sicherheits-und ethische Bedenken.

Das ist ein bisschen eine Erleichterung. Die Zukunft der Chirurgie wird mit ziemlicher Sicherheit umfassen steigende Niveaus der Roboter-Autonomie in einem breiten Spektrum von Anwendungen. Wenn wir gehen, um Roboter funktioniert in unserem Körper ohne die Hilfe von Menschen, die wir besser machen Sie es richtig.

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