211service.com
Verkar inuti ett bankande hjärta
Att fixa hjärtat är svårt. Vissa procedurer måste utföras på ett stationärt organ, så hjärtat stoppas och patienten sätts på en kardiopulmonell bypass-maskin. Men att stoppa hjärtat ökar risken för hjärnskador. Nu testar forskare vid Harvard University och Children's Hospital Boston ett robotsystem som kan hjälpa kirurger att utföra en vanlig klaffreparation medan hjärtat slår på. Systemet använder 3D ultraljudsbilder för att förutsäga och kompensera för hjärtats rörelser så att kirurgen kan arbeta på en patients mitralisklaff när den rör sig.
Rörligt mål: Denna enhet låter kirurger fästa små ankare till vävnad inuti ett bankande hjärta genom att kompensera för hjärtats rörelse.
Omkring 50 000 personer per år, bara i USA, genomgår en mitralisklaffoperation, säger Robert Howe , professor i ingenjörsvetenskap vid Harvard och forskare i projektet. Det är ett akut kliniskt bekymmer.
Målet med proceduren är att minska storleken på ventilen. Traditionellt görs detta genom att placera en styv ring runt ventilen och sy den på plats för hand.
Vi vet hur man reparerar ventiler. Men vad patienter och läkare vill ha är ett snabbare tillfrisknande, säger Marc Gillinov, en hjärtkirurg vid Cleveland Clinic som inte var involverad i forskningen. Det kan ta två eller tre månader för en patient att återhämta sig från ett öppet hjärta. om hjärtat inte behövde stoppas kan återhämtningstiden minska avsevärt. Att utföra operationen på ett bankande hjärta skulle också ge kirurgen omedelbar feedback på effektiviteten av ingreppet. Du vet precis när du gör det om ventilen fungerar bra, säger Gillinov.
Howe säger att dessutom visar ett antal studier att hjärtstopp kan resultera i långvariga kognitiva underskott, och att särskilt äldre eller svaga människor inte alltid reagerar bra på bypass-maskiner. Han hoppas att hans system ska göra hjärtoperationer säkrare.
Till skillnad från traditionell mitralklaffreparation innebär Howes procedur inte att själva hjärtat öppnas. Istället förs en ihålig nål in i organet. Nålen används för att införa små ankare i hjärtat och fästa dem på vävnaden runt mitralisklaffen. Ankarna kan sedan dras ihop av en suturtråd för att minska storleken på ventilöppningen. Utmaningen här är att [för att fästa ankarna] måste vi hålla reda på var hjärtvävnaden är, eftersom hjärtat rör sig kontinuerligt, säger Howe. Howes team valde att använda 3-D ultraljud för att visualisera hjärtrörelser eftersom med andra bildtekniker, som video, skulle organets inre strukturer ha döljs av cirkulerande blod.
Data från 3-D ultraljudsbilderna analyseras med hjälp av speciell programvara skriven av forskarna. Programvaran kan förutsäga var hjärtvävnaden kommer att vara cirka 70 till 100 millisekunder i framtiden, så läget för spetsen på det handhållna kirurgiska verktyget kan justeras därefter. Sensorer i verktyget känner också av om det kommer i kontakt med vävnaden. Vi kan upptäcka mycket snabbt om saker och ting avviker mycket från vad som förutspåtts och sedan dra tillbaka [instrumentet] för att få det ur vägen, säger Howe.
Efter att ha studerat rörelsen hos riktiga hjärtan utvecklade forskarna en skummodell för att testa om deras enhet ökade skickligheten hos en liten grupp kirurger som uppmanades att fästa ankare på skummet i särskilda positioner. Howe säger att kirurgernas prestanda förbättrades avsevärt när de använde rörelsekompensationssystemet. Utan det var det mycket högre felfrekvens, och krafterna de applicerade var mycket högre också, säger han. I en klinisk miljö kan en för stor kraft på ventilen skada hjärtvävnaden. Howe säger att systemet tillåter kirurger att fästa ankarna inom en till två millimeter från deras avsedda position, vilket är bra med tanke på hjärtvävnadens smidighet.
Det är mycket lovande forskning, säger Cenk Cavusoglu , en docent i elektroteknik och datavetenskap vid Case Western Reserve University. Cavusoglu arbetar på ett liknande system för att tillåta kirurger att utföra kranskärlsbypassoperationer. Även om själva proceduren är ganska annorlunda, är behovet av rörelsekompensation detsamma. Cavusoglu säger att han är imponerad av den enkla designen av ventilreparationsverktyget och av forskarnas resultat hittills.
Shelten Yuen , en doktorand från Harvard som arbetade med rörelsekompensationssystemet, säger att preliminära djurförsök redan har börjat. Men det finns fortfarande mycket arbete att göra för att perfekta verktyget. Det finns ett stort intresse från min sida när det gäller att införliva ytterligare sensorer, såsom elektrokardiogram och kraftsensorer, säger Yuen.
Romuald Ginhoux, systemanalytiker för medicinsk programvara vid Medianteknologier , i Frankrike, håller med om att ytterligare sensorer skulle kunna göra systemet mer exakt. Ginhoux var också imponerad av den lilla storleken på enheten, som är ungefär lika stor som en lödkolv. Ginhoux säger att han redan 2003 arbetade på liknande robotar för hjärtoperationer, men att de var lika stora som en riktig arm.
Yuen säger att han hoppas kunna göra enheten ännu mindre och lättare så att den svarar bättre på lätta tryck, vilket ger kirurger en bättre känsla för hjärtvävnaden.