Удаление опухолей внутреннего уха - очень деликатный вопрос, который обычно требует от хирургов удаления всего сосцевидного отростка. Однако в будущем все, что нужно будет сделать врачам, - это прорезать туннель диаметром 5 мм через кость с помощью миниатюрного робота по имени NiLiBoRo. Система способна регулировать свой путь во время сверления кости, чтобы обходить чувствительные ткани, такие как кровеносные сосуды и нервы. Исследователи представят новую технологию на выставке Compamed с 16 по 19 ноября.
Операция неизбежна при лечении опухолей внутреннего уха, но доступ к внутреннему уху затруднен. Это потому, что он покрыт черепной костью, известной как сосцевидный отросток или каменистая кость. Более того, окружающие ткани содержат множество нервов и кровеносных сосудов. По этой причине хирурги вырезают столько сосцевидного отростка, сколько необходимо, пока не обнаружат каждую из этих чувствительных структур. Только тогда они могут быть уверены, что не повредят их. В большинстве случаев это влечет за собой удаление всей кости. Созданное таким образом отверстие заполняется жировой тканью, взятой из брюшной полости после завершения процедуры.
Выполнение операции через туннель шириной 5 мм
В будущем эта операция будет выполняться менее инвазивным способом, требующим всего лишь небольшого отверстия диаметром 5 мм, через которое можно будет удалить опухоль из внутреннего уха. Технология, которая делает это возможным, носит название NiLiBoRo, немецкая аббревиатура, расшифровывающаяся как «Нелинейный буровой робот». Система разрабатывается исследователями Мангеймской проектной группы по автоматизации в медицине и биотехнологии, входящей в состав Фраунгоферовского института производственных технологий и автоматизации IPA, в сотрудничестве с Техническим университетом Дармштадта, Аахенским университетом и Дюссельдорфским университетом. Клиника. Сверлильные станки, способные просверливать туннель в кости, уже существуют, но они могут делать это только по прямой линии. «NiLiBoRo - первая машина, которая может также сверлить углы», - говорит ученый группы проекта Леннарт Карстенсен. особая характеристика, которая позволяет выполнять минимально инвазивные операции на опухолях внутреннего уха. Если бы туннель проходил по прямой линии, иногда он был бы очень близок к поражению нервов. Чтобы не повредить нервную ткань, туннель должен был бы быть диаметром не более 1-2 мм. Однако через такое маленькое отверстие провести операцию невозможно. Зато NiLiBoRo способен объезд чувствительных зон. Это позволяет получить диаметр туннеля 5 м, что достаточно для выполнения операции.
Гидравлические линии позволяют роботу-червю ползти вперед
Так как же этому «червю» удается сверлить изгибы и углы через сосцевидный отросток? «Червь состоит из «головы» и «хвоста», - объясняет Карстенсен. «Обе эти части связаны друг с другом с помощью гибкого сильфонного механизма». Дизайн напоминает сочлененный автобус общественного транспорта, в котором передняя и задняя секции соединены с помощью шлангообразной центральной секции, похожей на гармошку.
Проходя через кость, робот соединяется с «внешним миром» - другими словами, с блоками управления и насосами в операционной - посредством 8-12 гидравлических линий. Именно эти линии позволяют роботу ползти вперед в нужном направлении. Для этого сначала закачивается гидравлическая жидкость в три баллона в задней части робота. Пузыри заполняют пустое пространство между червем и костью и тем самым фиксируют заднюю часть робота на месте. Затем гидравлическая жидкость поступает в сильфон. Это заставляет «гармошку» расширяться, что выталкивает голову вперед. Червь как бы вытягивается и вдавливает свой передний отдел дальше в кость. Сверло, прикрепленное к головке, просверливает отверстия глубже внутрь. Теперь задняя часть втягивается к голове движением, подобным движению настоящего червя. Для этого камеры в передней части наполняются жидкостью, чтобы удерживать переднюю часть на месте, в то время как жидкость из задних камер эвакуируется. В этот момент жидкость также высасывается из сильфона через гидравлические линии. Робот сжимается, подтягивая заднюю часть за переднюю. Таким образом, NiLiBoRo шаг за шагом продвигается вперед. «Мы можем изменить направление движения робота, отрегулировав камеры в передней части. Например, если мы хотим двигаться влево, мы наполняем левую камеру меньшим количеством жидкости, чем правую, что заставит робота отклониться влево., - говорит Карстенсен.
В лаборатории, а затем и в операционной, траектория движения NiLiBoRo точно контролируется системой электромагнитного слежения, или сокращенно ЕМТ. Эта система, разработанная партнерами из Технического университета Дармштадта, работает путем периодического захвата изображений робота с помощью компьютерной томографии для отслеживания его положения.
Исследователи уже построили первоначальный прототип NiLiBoRo, который в настоящее время в пять раз больше, чем запланированная окончательная версия. Сейчас он состоит только из передней части вместе с сердцем машины, мехами. Разработчики планируют продолжить оптимизацию и расширение прототипа по частям. После того, как вся технология будет разработана, NiLiBoRo уменьшится до своего окончательного размера. Исследователи надеются, что миниатюрный робот будет готов для тестирования врачами через два года.