En simulator för hjärnkirurger

En ny simulator som låter neurokirurger repetera innan de opererar – som piloter på en flygsimulator – kan revolutionera hur läkare tränar för och hanterar hjärnkirurgi.

Virtuellt snitt: En gruppmedlem demonstrerar det nya simuleringssystemet.

NeuroTouch, prototypsimulatorn som utvecklats av Kanadas nationella forskningsråd (NRC) och flera andra forskargrupper, ger kirurger en torrkörning i virtuell verklighet innan de går in i operationssalen, vilket potentiellt minskar misstag.

Först återges patientdata från funktionell magnetisk resonanstomografi (fMRI) till en 3-D, högupplöst modell av en individs hjärna. Efter att modellen har laddats in i systemet kan läkare röra och manipulera tumörer och andra virtuella föremål på skärmar i realtid med hjälp av ett fysiskt instrument som liknar en skalpell. Instrumentet har sex frihetsgrader och återskapar det verkliga verktygets force-feedback och det varierande motståndet hos vävnad i hjärnregioner med olika seghet. Samtidigt visar fotorealistiska bilder på skärmen den simulerade operationen, inklusive blödning och pulserande grå substans.

Detta är den första simulatorn som fullt ut integrerar medicinsk bildbehandling, materialmodeller, finita elementmodellering, grafik och haptikteknologier för att skapa en patientspecifik simulering, säger Ryan D’Arcy, en neuroforskare från NRC som hjälpte till att utveckla NeuroTouch. En annan anmärkningsvärd egenskap är inkorporeringen av funktionell hjärnkartläggningsdata från fMRI. Detta gör att kritiska hjärnregioner, såsom talområden, kan avbildas mer exakt, säger D'Arcy.

Det treåriga projektet på 9,1 miljoner dollar för att utveckla en neurokirurgisimulator började i april 2008 och involverar ett 50-tal kliniker och ingenjörer från hela Kanada. Projektet markerade en milstolpe förra månaden när kirurger i Halifax, Nova Scotia, använde det för att repetera innan de opererade en 48-årig kvinna med en godartad tumör nära talcentrum i hennes hjärna. Den fem timmar långa operationen lyckades och kvinnan skrevs ut dagen efter. Även om proceduren var relativt enkel, var det första gången en simulator hade använts för att köra igenom en sådan operation.

Ledande kirurg David Clarke från Halifaxs Queen Elizabeth II Health Sciences Center berömde prototypen för att vara mycket realistisk. Operationsteamet gick in dit med en kunskap och ett förtroende som vi inte annars kunde ha, sa Clarke efter operationen. Jag tror att det inte bara är bra när det gäller diskussioner med patienter i förväg, utan är bra för deras övergripande operationsresultat.

Eftersom hjärnoperationer blir mindre invasiva men mer komplexa, kan yngre kirurger tränas bättre med hjälp av en simulator, säger Rolando Del Maestro från Montreal Neurological Institute and Hospital, som var involverad i projektet. Vi neurokirurger kommer att bli som simulatorpiloter, så vi kan ta reda på om våra färdigheter är på en viss nivå, säger Del Maestro, som tillägger att simulatorn kan hjälpa till att påskynda träningen.

Abhijit Guha, en neurokirurg vid Torontos sjukhus för sjuka barn, som inte är knuten till NeuroTouch, säger att virtuell kirurgi aldrig kommer att ersätta den äkta varan. En svaghet med systemet är att det är baserat på arkiverade MRI-skanningar, som kanske inte är giltiga eftersom operationen fortsätter på grund av förändringar i hjärnan och likvor, säger Guha. Det finns också en bedömningsfaktor, särskilt när något går fel.

En teknisk begränsning av prototypen är att den bara kan representera tumörer nära ytan av hjärnan, och kirurger kan bara använda en hand. Utvecklingen kommer dock att fortsätta till april 2011, och den slutliga enheten kommer att göra det möjligt för läkare att arbeta på djupa hjärntumörer med flera kirurgiska verktyg och båda händerna.

NRC planerar att skicka prototyper till neurokirurgiska centra över hela Kanada och sedan överföra tekniken till en kommersiell partner inom två år. En kommersiell version kan sälja för $10 000 till $500 000, beroende på dess funktioner. Paketet kommer att innehålla en PC-baserad planerare för optimalt val av kirurgisk korridor samt en tränare för kirurgiska uppgifter och typiska kirurgiska ingrepp, säger NRC:s Robert DiRaddo, som ledde utvecklingen. De två kommer att integreras i ett repetitionssystem för patientspecifikt bruk.

Målet från början har varit att kommersialisera den neurokirurgiska simulatorn, säger D’Arcy. Målet är att placera simulatorn på kliniker, sjukhus och undervisningscentra runt om i världen, men det återstår mycket arbete.

Dölj