Remote-Telerobotisches System ermöglicht Chirurgen Schlaganfall-Patienten in Echtzeit zu behandeln

MIT-Entwicklung: Teleoperation für Endovaskuläre Intervention

MIT-Ingenieure haben ein telerobotisches System entwickelt, um Chirurgen zu helfen, Patienten mit Schlaganfall oder Aneurysma schnell und remote zu behandeln. Mit einem modifizierten Joystick können Chirurgen in einem Krankenhaus einen Roboterarm an einem anderen Standort steuern, um in einem kritischen Zeitfenster sicher an einem Patienten zu operieren, das dessen Leben retten und Gehirnfunktion erhalten könnte.

Systembeschreibung

Das robotische System, dessen Bewegung durch Magnete gesteuert wird, ist darauf ausgelegt, remote bei endovaskulärer Intervention zu assistieren – einem Notfallverfahren zur Behandlung von Schlaganfällen durch Blutgerinnsel. Solche Interventionen erfordern normalerweise, dass ein Chirurg manuell einen dünnen Draht zum Gerinnsel führt, wo er die Blockade physisch beseitigen oder Medikamente zur Auflösung verabreichen kann.

Eine Limitation: Neurovaskuläre Chirurgen sind oft an großen medizinischen Institutionen ansässig, die für Patienten in abgelegenen Gebieten schwer erreichbar sind – besonders während der „Golden Hour“ – dem kritischen Zeitraum nach Schlaganfallbeginn, in dem Behandlung verabreicht werden sollte, um Hirnschäden zu minimieren.

Das MIT-Team stellt sich vor, dass sein robotisches System in kleineren Krankenhäusern installiert und von trainierten Chirurgen an größeren Medizinzentren remote gesteuert werden könnte. Das System umfasst einen medizinischen Roboterarm mit Magnet am Handgelenk. Mit Joystick und Live-Imaging kann ein Operator die Magnetorientierung anpassen und den Arm steuern, um einen weichen, dünnen magnetischen Draht durch Arterien und Gefäße zu führen.

Validierung

Die Forscher demonstrierten das System in einem „Phantom“ – einem transparenten Modell mit Gefäßen, die komplexe Hirnarterien replizieren. Mit nur einer Stunde Training konnten Neurochirurgen den Roboterarm remote steuern, um einen Draht durch ein Labyrinth von Gefäßen zu Zielpositionen im Modell zu führen.

„Wir stellen uns vor, statt einen Patienten aus ländlichem Gebiet in eine Großstadt zu transportieren, könnte er in ein lokales Krankenhaus gehen, wo Krankenschwestern das System aufbauen. Ein Neurochirurg an einem großen Medizinzentrum könnte Live-Imaging des Patienten beobachten und den Roboter in der Golden Hour bedienen. Das ist unser Zukunftstraum“, sagte Xuanhe Zhao, Professor für Mechanical Engineering und Civil & Environmental Engineering am MIT.

Zhao und sein Team veröffentlichten ihre Findings in Science Robotics. Das neue System baut auf Arbeit von 2019 auf, bei der sie das Steuern eines magnetisch kontrollierten Fadens durch ein lebensgroßes Silikonmodell der Hirnblutgefäße demonstrierten – damals mit einem handgehaltenen Magneten (Suppenschüssel-Größe), den sie manuell manipulierten.

Seither haben sie den Magneten an das Ende eines medizinischen Roboterarms befestigt, der über einen kleinen Joystick-Knopf an einer Maus gesteuert werden kann. Durch Kippen des Joysticks können Forscher den Magneten in eine Orientierung kippen, der ein magnetischer Draht folgen kann. Maustasten steuern motorisierte Lineardrives, die den Draht vor- und zurückbewegen.

Der Draht ist so dünn und flexibel wie ein konventioneller neurovaskulärer Guidewire, mit weicher, magnetisch responsiver Spitze, die der Richtung eines Magnetfelds folgt und sich biegt.

Das robotische System wurde im MGH Catheter Lab getestet – einem OP mit standardmäßiger medizinischer Bildgebung für endovaskuläre Verfahren. Die Forscher installierten den Roboterarm im Labor, zusammen mit einem lebensgroßen Silikonmodell der Blutgefäße. Sie platzierten den Joystick mit einem Monitor für Live-Video des Modells in einem Kontrollraum. Nach nur einer Stunde Training konnten Neurochirurgen das System erfolgreich bedienen, um den Draht durch komplexe, mit manuellem Guidewire schwer navigierbare Gefäße zu führen.

Das Team nutzte das robotische System auch, um simulierte Gerinnsel in schwer erreichbaren Bereichen des Modells zu beseitigen. Sie steuerten den Guidewire durch Gefäße, um scharfe Ecken und Kurven, zu Regionen mit simulierten Gerinnseln. Nach Erreichen des Gerinnsels fuhren die Chirurgen mit standardmäßigen endovaskulären Methoden fort, um einen Mikrokatheter entlang des Drahts zur Gerinnselstelle zu führen. Sie zogen den Draht zurück, ließen den Katheter, den sie dann erfolgreich zur Gerinnselentfernung einsetzten.

Das MIT-Team hofft, dass das teleoperierte System mehr Patienten zeitkritische Behandlung erhalten lässt.

Für weitere Informationen kontaktieren Sie Sarah McDonnell (E-Mail geschützt, JS nötig); 617-253-8923.