Игольчатая хирургия, при которой хирургические инструменты сужаются до диаметра швейной иглы, является окончательной формой минимально инвазивной хирургии. Требуемые разрезы размером с иглу настолько малы, что их можно закрыть хирургической лентой и обычно заживают, не оставляя шрамов.
Несмотря на то, что эта техника существует с 1990-х годов, она настолько сложна, что ее регулярно используют лишь несколько хирургов во всем мире. Кроме того, он в основном ограничивался соскабливанием пораженных тканей кольцами с острыми краями, называемыми кюретами, или выжиганием их крошечными лазерами или нагретыми проводами.Поэтому исследовательская группа, возглавляемая доцентом кафедры машиностроения Робертом Вебстером, разработала хирургического робота с управляемыми иглами, снабженными запястьями толщиной менее 1/16-й дюйма (2 мм). Достижение описано в статье под названием «Запястье для хирургических роботов размером с иглу», представленной в мае на Международной конференции по робототехнике и автоматизации в Сиэтле.
Новое устройство предназначено для обеспечения такой маневренности, которой раньше не хватало игольчатым инструментам. Это не только позволит хирургам-операторам выполнять ряд процедур, таких как точная резекция и наложение швов, которые раньше были невозможны, но также позволит использовать иглы в местах, недоступных для них, таких как нос. , горло, уши и мозг.«Чем меньше вы сможете сделать хирургические инструменты, тем лучше … до тех пор, пока вы сможете поддерживать адекватную степень ловкости», — сказал профессор урологической хирургии С. Дюк Херрелл, консультирующий по проекту. «По моему опыту, чем меньше размеры инструментов, тем меньше боли испытывают пациенты после операции и тем быстрее они выздоравливают».Так было и с традиционной малоинвазивной хирургией (MIS), которая в последние годы становится все более распространенной.
Этот метод, который включает в себя работу с инструментами, вставленными через разрезы размером от 3/8 до 3/16 дюйма (от 10 мм до 5 мм), обычно вызывает у пациентов меньше боли, меньшее повреждение тканей, меньше рубцов и более короткие периоды восстановления.В усилиях по адаптации робототехники к MIS преобладала хирургическая система da Vinci от Intuitive Surgical, роботизированная хирургическая система, разработанная специально для минимально инвазивного подхода.
В зависимости от типа операции требуются разрезы размером 1/3 дюйма (8 мм) или 3/16 дюйма (5 мм).«Хотя он очень хорошо подходит для абдоминальной хирургии, da Vinci использует систему троса и шкива, которую чрезвычайно сложно миниатюризировать, поэтому она не будет работать в небольших пространствах, таких как голова и шея», — сказал Вебстер.
В течение последних шести лет Вебстер и его коллеги разрабатывали хирургического робота, который использует «управляемые иглы». Это система телескопических трубок, сделанных из нитинола, «металла памяти», который сохраняет форму. Каждая трубка имеет разную внутреннюю кривизну.
Точно вращая, выдвигая и втягивая трубки, оператор может направлять наконечник в разные стороны, позволяя ему следовать изогнутой траектории через тело.Такая конструкция позволяет иглам работать в областях тела, недоступных ни для ручных эндоскопических инструментов, представляющих собой прямые стержни с различными концевыми эффекторами, ни для робота da Vinci.
Однако его полезность ограничивалась тем, что у игл не было запястья.«Добавление запястий к управляемым иглам значительно расширяет возможности системы», — сказал Херрелл. «Существует множество потенциальных применений в некоторых действительно интересных областях, таких как эндоскопическая нейрохирургия, операции в небольших просветах, таких как ухо, бронхи, уретра и т. Д. Это позволило бы нам делать операции, которые в настоящее время требуют гораздо больших разрезов и могут даже позволяют нам выполнять операции, которые в настоящее время невозможны ".Исследователи предприняли ряд безуспешных попыток построить достаточно маленькие механические запястья. «Мы продолжали пытаться сделать запястья из множества мелких деталей, но не смогли заставить их работать в соответствии с нашими стандартами», — сказал Вебстер.«Тогда мы поняли, что должны начать мыслить нестандартно», — сказал аспирант Филип Свани. «Вместо того, чтобы объединять кучу кусочков, мы начали с крошечной тюбика из нитинола и начали думать о том, что нам нужно удалить».
Трубка чрезвычайно жесткая, но они обнаружили, что если они сделают серию крошечных прорезей на одной стороне, жесткость существенно снизится: на самом деле, достаточно, чтобы они могли заставить ее изгибаться до 90 градусов, потянув за небольшой провод, который проходит внутри трубки, прикрепленной к наконечнику. Запястье возвращается в прямое положение, когда натяжение троса снимается.«Как только у нас появилась идея, мы поняли, что она может изменить правила игры, поэтому нам пришлось ее реализовать», — сказал Свани.
Университет Вандербильта подал заявку на предварительный патент на дизайн в мае.Члены группы хотели бы протестировать систему, используя ее для «трансназальной» хирургии: операций по удалению опухолей в гипофизе и в основании черепа, которые традиционно включают вырезание больших отверстий в черепе и / или лице пациента. Исследования показали, что использование эндоскопа для прохождения носовой полости менее травматично, но процедура настолько сложна, что с ней справились лишь единицы хирургов.«Это также должно быть полезно для ряда других операций», — сказал Вебстер. «Мы думаем, что как только мы дадим этот инструмент хирургам, они найдут все виды применения, о которых мы даже не думали».
К концу лета они надеются завершить разработку управляющего программного обеспечения и интерфейса, позволяющего хирургам управлять устройством. Они активно ищут коммерческого партнера, который проведет новый инструмент через процесс утверждения FDA, включая первоначальные клинические испытания. «В лучшем случае система станет доступной для хирургов через четыре-пять лет», — сказал Вебстер.