Avanços da invenção da mão robótica para cirurgia cerebral minimamente invasiva

Uma pequena mão robótica projetada para aprimorar a neurocirurgia está um passo mais perto da prática clínica. A ferramenta microrobótica é criada por uma equipe de pesquisadores da Universidade de Toronto liderada por Eric Diller, professor associado do departamento de engenharia mecânica e industrial da Faculdade de Ciências e Engenharia Aplicadas. Operado por um sistema eletromagnético, o dispositivo permite que os cirurgiões acessem áreas do cérebro de difícil acesso com um nível mínimo de invasão, prometendo tratamento e recuperação mais rápidos para os pacientes. "Estamos projetando o mecanismo que aciona essa mão robótica, que basicamente vai atuar como a mão de um cirurgião", diz Diller. “Também estamos usando campos magnéticos para fazer esse pequeno movimento de mão, que é nossa abordagem única para fazer isso”. A equipe apresentará suas últimas descobertas na 2023 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA) no final desta primavera. O novo documento da conferência examina a viabilidade das ferramentas recém-desenvolvidas para garantir que estejam prontas para testes pré-clínicos. "Ninguém mais desenvolveu essas ferramentas magnéticas sem fio antes", diz Diller. "Portanto, precisávamos categorizar os diferentes tipos de elementos básicos de operação que um cirurgião faria, como puxar tecido, retrair e aplicar força para cortar o tecido. "Determinamos isso para cirurgia cerebral - incluindo procedimentos direcionados à epilepsia ou remoção tumores – podemos obter força suficiente para realizar as tarefas neurocirúrgicas necessárias.” SickKids) e professor de cirurgia na Faculdade de Medicina de Temerty da U of T. Desde então, a equipe desenvolveu um sistema de bobina eletromagnética em escala clínica, que foi projetado e construído pelo ex-aluno da U of T Engineering Adam Schonewille, um ex-aluno da Diller's laboratório O sistema tem um volume de trabalho que é aproximadamente do tamanho de uma cabeça humana adulta, com todos os eletroímãs localizados sob uma superfície plana – um requisito de projeto para a equipe de Drake na SickKids, já que os cirurgiões precisam de acesso desimpedido ao paciente. "Os robôs cirúrgicos existentes já ocupam muito espaço na sala de cirurgia, por isso queríamos que nosso sistema fosse o mais discreto possível, ao mesmo tempo em que fornecesse ao campo magnético a força necessária para realizar o trabalho", diz Cameron Forbrigger, que obteve seu PhD da U of T Engineering no ano passado e é o principal autor do novo artigo. "Este sistema eletromagnético é um grande passo para a viabilidade de nossa abordagem cirúrgica, e vimos muito interesse por ele de pesquisadores internacionais em nosso campo." Uma contribuição significativa da dissertação de doutorado de Forbrigger envolveu a modelagem de como o design magnético de uma ferramenta molda sua resposta ao campo magnético. Usando esse modelo, ele conseguiu classificar os projetos de ferramentas com base em seu desempenho previsto. "Isso acelera nosso processo de design porque não precisamos construir uma ferramenta e testá-la para saber como ela se comportará", diz ele. "Este modelo também nos permitiu desenvolver uma estratégia de controle que calcula automaticamente o campo magnético ideal necessário para mover a ferramenta através de um movimento desejado." A equipe também está trabalhando para superar um desafio significativo enfrentado por muitos robôs cirúrgicos: adquirir informações em tempo real sobre a localização e orientação da ferramenta. Os cirurgiões que usarem a ferramenta precisarão inseri-la em um canal no cérebro e saber onde ela está. Para simular isso, a equipe de pesquisa faz uso de cérebros "fantasmas" feitos de borracha, inserindo a ferramenta longa e fina no modelo que tem o mesmo tamanho e formato de um cérebro real. Embora a câmera na ponta da ferramenta forneça algumas informações de localização, Diller diz que o feedback não é muito preciso devido ao seu ponto de vista ruim. Para superar esse desafio visual, o doutorando Erik Fredin, o segundo autor do artigo da conferência, está desenvolvendo um algoritmo de visão computacional usando aprendizado de máquina, que é crucial para a utilidade da ferramenta. Os resultados da visão computacional mostram que ele pode detectar os ângulos da ferramenta conforme o operador a controla. O próximo passo em direção ao uso clínico e comercialização será mover o sistema eletromagnético e as ferramentas para o hospital SickKids para testes com animais vivos. "Os cirurgiões podem ser céticos sobre a eficácia de uma nova ferramenta cirúrgica até que a vejam testada em um cenário realista - e com razão", diz Forbrigger, que agora é pesquisador de pós-doutorado na ETH Zürich. “Nós nos esforçamos muito para demonstrar o desempenho das ferramentas quantitativamente, mas agora chegamos ao ponto em que os modelos animais são o próximo passo crítico para um maior desenvolvimento”.