Azionato da magneti, il dispositivo microrobotico promette un trattamento e un recupero più rapidi per i pazienti.
Piccola mano robotica per chirurgia minimamente invasiva. Credito immagine: Università di Toronto
Un passo avanti verso la pratica clinica è una minuscola mano robotica progettata per migliorare neurochirurgia.
Lo strumento microrobotico è stato creato da un team di ricercatori dell’Università di Toronto guidati da Eric Dillerprofessore associato presso il dipartimento di ingegneria meccanica e industriale della Facoltà di Scienze Applicate e Ingegneria.
Uno strumento chirurgico sviluppato dai ricercatori della U of T Engineering utilizza campi magnetici per consentire ai chirurghi di accedere ad aree del cervello difficili da raggiungere con un livello minimo di invasività. Illustrazione del laboratorio di microrobotica
Azionato da un sistema elettromagnetico, il dispositivo microrobotico consente ai chirurghi di accedere ad aree del cervello difficili da raggiungere con un’invasività minima, promettendo un trattamento e un recupero più rapidi per i pazienti.
“Stiamo progettando il meccanismo che aziona questa mano robotica, che fondamentalmente agirà come la mano di un chirurgo”, afferma Diller. “Stiamo anche utilizzando campi magnetici per far muovere questa minuscola mano, che è il nostro approccio unico per farlo”.
Il team presenterà le sue ultime scoperte al Conferenza internazionale IEEE 2023 su robotica e automazione (ICRA) entro questa primavera. Il loro nuovo documento della conferenza esamina la fattibilità degli strumenti appena sviluppati per garantire che siano pronti per le sperimentazioni precliniche.
Il dispositivo microrobotico magnetico può essere collegato ad altre piattaforme di base. Credito immagine: Università di Toronto
“Nessun altro ha sviluppato prima d’ora questi strumenti magnetici azionati in modalità wireless”, afferma Diller. “Quindi, dovevamo classificare i diversi tipi di elementi operativi di base che un chirurgo avrebbe eseguito, come tirare il tessuto, ritrarre e applicare forza per tagliare il tessuto.
“Abbiamo stabilito che per la chirurgia cerebrale, comprese le procedure mirate all’epilessia o alla rimozione dei tumori, possiamo ottenere una forza sufficiente per eseguire i compiti neurochirurgici necessari”.
I progetti del dispositivo microrobotico presentati nel nuovo studio sono un’estensione di due precedenti articoli pubblicati nel 2021 in collaborazione con Giacomo Drakechirurgo capo presso The Hospital for Sick Children (SickKids) e professore di chirurgia presso la Facoltà di Medicina di Temerty della U of T.
Da allora, il team ha sviluppato un sistema di bobine elettromagnetiche su scala clinica, che è stato progettato e costruito dall’alunno della U of T Engineering Adam Schonewilleun ex studente nel laboratorio di Diller.
Il sistema ha un volume di lavoro che è all’incirca delle dimensioni di una testa umana adulta, con tutti gli elettromagneti posizionati sotto una superficie piana: un requisito di progettazione per il team di Drake a SickKids, poiché i chirurghi richiedono un accesso senza ostacoli al paziente.
“I robot chirurgici esistenti occupano già molto spazio in sala operatoria, quindi volevamo che il nostro sistema fosse il più discreto possibile pur dando al campo magnetico la forza necessaria per svolgere il lavoro”, afferma Cameron Forbriggerche ha conseguito il dottorato di ricerca presso la U of T Engineering lo scorso anno ed è l’autore principale del nuovo articolo.
“Questo sistema elettromagnetico è un importante passo avanti per la fattibilità del nostro approccio chirurgico e abbiamo visto molto interesse da parte di ricercatori internazionali nel nostro campo”.
Un contributo significativo della tesi di dottorato di Forbrigger ha riguardato la modellazione di come il design magnetico di uno strumento modella la sua risposta al campo magnetico. Utilizzando quel modello, è stato in grado di classificare i progetti di utensili in base alle loro prestazioni previste.
“Questo accelera il nostro processo di progettazione perché non abbiamo bisogno di costruire uno strumento e testarlo per sapere come si comporterà”, dice. “Questo modello ci ha anche permesso di sviluppare una strategia di controllo che calcola automaticamente il campo magnetico ottimale necessario per muovere lo strumento attraverso un movimento desiderato.”
Il team sta anche lavorando per superare una sfida significativa che molti robot chirurgici devono affrontare: acquisire informazioni in tempo reale sulla posizione e l’orientamento dello strumento.
I chirurghi che utilizzano lo strumento dovranno inserirlo in un canale nel cervello e sapere dove si trova. Per simulare ciò, il team di ricerca si avvale di cervelli “fantasma” in gomma, inserendo lo strumento lungo e sottile nel modello che ha le stesse dimensioni e forma di un vero cervello.
Sebbene la fotocamera sulla punta dello strumento fornisca alcune informazioni sulla posizione, Diller afferma che il feedback non è molto accurato a causa del suo punto di vista scadente. Per superare questa sfida visiva, dottorando Erik Fredin, il secondo autore del documento della conferenza, sta sviluppando un algoritmo di visione artificiale utilizzando l’apprendimento automatico, che è fondamentale per l’utilità dello strumento. I risultati della visione artificiale mostrano che può rilevare gli angoli dello strumento mentre l’operatore lo controlla.
Il prossimo passo verso l’uso clinico e la commercializzazione sarà il trasferimento del sistema elettromagnetico e degli strumenti all’ospedale SickKids per le sperimentazioni su animali vivi.
“I chirurghi possono essere scettici sull’efficacia di un nuovo strumento chirurgico fino a quando non lo vedono testato in uno scenario realistico, e giustamente”, afferma Forbrigger, che ora è ricercatore post-dottorato presso l’ETH di Zurigo.
“Abbiamo fatto molti sforzi per dimostrare quantitativamente le prestazioni degli strumenti, ma ora abbiamo raggiunto il punto in cui i modelli animali rappresentano il prossimo passo fondamentale verso un ulteriore sviluppo”.
Fonte: Università di Toronto
Da un’altra testata giornalistica. news de www.technology.org
