Un team guidato dal professor Sylvain Martel presso il Polytechnique Montréal Nanorobotics Laboratory ha sviluppato un nuovo approccio per affrontare una delle maggiori sfide della chirurgia endovascolare:come raggiungere i luoghi fisiologici più difficili da raggiungere. La loro soluzione è una piattaforma robotica che utilizza il campo marginale generato dal magnete superconduttore di uno scanner clinico per risonanza magnetica (MRI) per guidare gli strumenti medici attraverso strutture vascolari più profonde e complesse. L'approccio è stato dimostrato con successo in vivo , ed è oggetto di un articolo appena pubblicato su Robotica scientifica .

Quando un ricercatore "pensa fuori dagli schemi"—letteralmente

Immagina di dover spingere un filo sottile come un capello umano sempre più in profondità all'interno di un lunghissimo, tubo molto stretto pieno di colpi di scena. La mancanza di rigidità del filo, insieme alle forze di attrito esercitate sulle pareti del tubo, finirà per rendere impossibile la manovra, con il filo che finisce piegato su se stesso e incastrato in un giro del tubo. Questa è esattamente la sfida che devono affrontare i chirurghi che cercano di eseguire procedure minimamente invasive in parti sempre più profonde del corpo umano guidando un filo guida o altri strumenti (come un catetere) attraverso stretti, reti tortuose di vasi sanguigni.

È possibile, però, per sfruttare una forza di trazione direzionale per completare la forza di spinta, contrastando le forze di attrito all'interno del vaso sanguigno e spostando lo strumento molto più lontano. La punta del dispositivo è magnetizzata, e trascinato all'interno dei vasi dalla forza di attrazione di un altro magnete. Solo un potente magnete superconduttore esterno al corpo del paziente può fornire l'attrazione extra necessaria per guidare il dispositivo magnetizzato il più lontano possibile. C'è un pezzo di moderna attrezzatura ospedaliera che può svolgere questo ruolo:uno scanner MRI, che ha un magnete superconduttore che genera un campo decine di migliaia di volte più forte di quello della Terra.

Il campo magnetico all'interno del tunnel di uno scanner MRI, però, è uniforme; questa è la chiave per come viene eseguita l'imaging del paziente. Tale uniformità pone un problema:tirare la punta dello strumento attraverso le strutture vascolari labirintiche, il campo magnetico guida deve essere modulato alla massima ampiezza possibile e quindi diminuito il più rapidamente possibile.

Riflettendo su quel problema, Il professor Martel ha avuto l'idea di non utilizzare il campo magnetico principale presente all'interno del tunnel della macchina per la risonanza magnetica, ma il cosiddetto campo marginale esterno alla macchina. "I produttori di scanner per risonanza magnetica normalmente ridurranno il campo marginale al minimo, " spiega. "Il risultato è un campo di ampiezza molto elevata che decade molto rapidamente. Per noi, quel campo marginale rappresenta un'ottima soluzione che è di gran lunga superiore ai migliori approcci di guida magnetica esistenti, ed è in uno spazio periferico favorevole ad interventi a misura d'uomo. Al meglio delle nostre conoscenze, questa è la prima volta che un campo marginale di risonanza magnetica viene utilizzato per un'applicazione medica, " Aggiunge.

Muovi il paziente piuttosto che il campo

Per guidare uno strumento in profondità all'interno dei vasi sanguigni, non solo è necessaria una forte forza di attrazione, ma quella forza deve essere orientata per tirare la punta magnetica dello strumento in varie direzioni all'interno dei vasi. A causa delle dimensioni e del peso dello scanner MRI, è impossibile spostarlo per cambiare la direzione del campo magnetico. Per aggirare questo problema, il paziente viene invece spostato nelle vicinanze della macchina per la risonanza magnetica. La piattaforma sviluppata dal team del professor Martel utilizza un tavolo robotico posizionato all'interno del campo marginale accanto allo scanner.

La tavola, progettato da Arash Azizi, l'autore principale dell'articolo e un dottorato di ricerca in ingegneria biomedica. il candidato il cui relatore di tesi è il professor Martel, può muoversi su tutti gli assi per posizionare e orientare il paziente secondo la direzione in cui lo strumento deve essere guidato attraverso il suo corpo. Il lettino cambia automaticamente direzione e orientamento per posizionare il paziente in modo ottimale per le fasi successive del viaggio dello strumento grazie a un sistema che mappa le forze direzionali del campo magnetico dello scanner MRI, una tecnica che il professor Martel ha soprannominato Fringe Field Navigation (FFN).

Un in vivo lo studio di FFN con mappatura a raggi X ha dimostrato la capacità del sistema di guidare in modo efficiente e minimamente invasivo strumenti di diametro estremamente piccolo in profondità all'interno di strutture vascolari complesse che erano finora inaccessibili con metodi noti.

Robot in soccorso dei chirurghi

Questa soluzione robotica, che supera di gran lunga le procedure manuali e le piattaforme esistenti basate sul campo magnetico, consente procedure interventistiche endovascolari in profondità, e quindi attualmente inaccessibile, regioni del corpo umano.

Il metodo promette di ampliare le possibilità di applicazione di varie procedure mediche tra cui diagnosi, imaging e trattamenti locali. Tra l'altro, potrebbe servire ad assistere i chirurghi nelle procedure che richiedono metodi meno invasivi possibili, compreso il trattamento di danni cerebrali come un aneurisma o un ictus.