Chirurgische Instrumente mit intelligenten Sensoren können die Herzchirurgie und -therapie verbessern

Viele minimal-invasive Operationen beruhen auf Kathetern, die durch kleine Einschnitte in den Körper eingeführt werden, um diagnostische Messungen und therapeutische Eingriffe durchzuführen. Ärzte verwenden beispielsweise diesen katheterbasierten Ansatz, um unregelmäßige Herzschläge (Arrhythmien) zu kartieren und zu behandeln, häufig durch Lokalisieren und Abtöten oder Abtragen des Herzgewebebereichs, der die Arrhythmien verursacht.

Obwohl der derzeitige katheterbasierte Ansatz in der Chirurgie weit verbreitet ist, hat er eine Reihe von Nachteilen. Die Starrheit der heutigen Kathetergeräte bedeutet, dass sie sich nicht gut an weiches, biologisches Gewebe anpassen, was die High-Fidelity-Mapping der elektrophysiologischen Signale eines Organs beeinträchtigt. Gegenwärtige Geräte berühren jeweils nur einen kleinen Teil eines Organs, was es erforderlich macht, eine Sonde ständig zu bewegen, wodurch medizinische Verfahren verlängert werden. Aktuelle Kathetersysteme sind auch in der Anzahl der Funktionen, die sie ausführen können, begrenzt, sodass Ärzte mehrere Katheter in einem einzigen Ablationsverfahren verwenden müssen.

Darüber hinaus besteht bei langen Verfahren – zum Beispiel zum Lokalisieren und Abtragen von Gewebe, das Herzrhythmusstörungen verursacht – die Gefahr, dass sowohl der Patient als auch der Arzt potenziell schädlichen Röntgenstrahlen ausgesetzt werden, da sich die Ärzte während des chirurgischen Eingriffs auf Röntgenbilder verlassen, um ihre Katheter zu führen. Um diese Probleme anzugehen, entwickelten Forscher eine neue Klasse von medizinischen Instrumenten, die mit einem fortschrittlichen Soft-Elektroniksystem ausgestattet sind, das die Diagnose und Behandlung einer Reihe von Herzkrankheiten und -beschwerden dramatisch verbessern könnte.

Die Forscher brachten dehnbare und flexible Matrizen aus Elektrodensensoren und Aktuatoren zusammen mit Temperatur- und Drucksensoren auf ein Ballonkathetersystem auf, das häufig bei minimalinvasiven Operationen oder Ablationen zur Behandlung von Erkrankungen wie Herzrhythmusstörungen verwendet wird.

Das neue System, das sich besser an das Weichgewebe des Körpers anpasst als aktuelle Geräte, kann eine Vielzahl von Funktionen ausführen, darunter gleichzeitige In-vivo-Messungen von Temperatur, Kontaktkraft und elektrophysiologischen Parametern; die Fähigkeit, diagnostische und therapeutische Funktionen individuell anzupassen; und Echtzeit-Feedback. Das neue System kann auch die Dauer invasiver Ablationsverfahren und die Belastung von Patienten und Ärzten durch Röntgenstrahlung drastisch reduzieren.

Die neue Klasse von Instrumenten ermöglicht es Ärzten, mit einem einzigen instrumentierten Kathetersystem umfangreiche elektrophysiologische Informationen zu sammeln und Operationen in kürzerer Zeit durchzuführen. Durch die Ausstattung eines Ballonkatheters mit fortschrittlichen organkonformen elektronischen Komponenten, Sensoren und Aktuatoren überwanden die Forscher die Mängel aktueller Systeme.