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機器人搭配醫學影像,執行腦部精密手術,可能嗎?

機器人搭配醫學影像執行腦部精密手術,可能嗎?腦部手術,不論大小,好像都是要在頭上鑽個洞。總是讓人覺得害怕。目前,有一種對癲癇患者的治療,就是必須要先破壞頭蓋骨,對腦內造成患者癲癇發作的特定區域進行破壞式治療。雖然手術目標區域小,但需要在頭蓋骨鑽洞,仍屬於侵入性,危險性高。患者需要很長時間的恢復期。對於這種侵入性高的手術,科學家總是思考,如果可以減低手術的侵入性,也就是不需要打開或破壞頭骨,將可以大幅減低危險性。

想法起始於”減低手術侵入性”

五年前,Vanderbilt University的工程師,針對這個”減低手術侵入性”的想法,進行產品研發。癲癇手術的目標區域在腦部的海馬迴(hippocampus),位置是在腦的最底部。針對這個位置,他們決定研發一台機器人設備,從臉頰進入腦底部,進行手術。這樣可以避免在頭蓋骨鑽洞,且更靠近目標位置。

人腦的海馬迴

形狀記憶材料,又不受MRI的高磁場影響

海馬迴位置深,從臉頰進入後到目的地的路徑彎曲,並非直線,又必須精準到位,應該是這項設計的重點挑戰。所以研究員決定開發一種形狀記憶合金材料的針,可以精準的經過彎曲的路徑,到達海馬迴。另一項要考慮的,是這項手術需要電腦核磁共振攝影(MRI)的影像來做引導,所以這個機器人設備,又必須設計不會被MRI的高磁場所影響。

根據這以上兩點要求和限制,選擇鎳鈦合金材料來設計這個的針。(鎳鈦合金和其他金屬不同,不受MRI磁場的影響)。此外,再加上壓縮機來動作,這個機器人平台,可以控制和導引這個針,每次前進1釐米。目前這項設備在研究室實驗結果,精密度足以進行這項腦部手術。也因為每次針頭插進海馬迴的距離很小,醫師可以同時利用MRI來追蹤位置。

下一步,這項發明將試用在大體老師上,模擬實際手術。生醫產品的研發到完成,需要不斷地測試和驗證。研究團隊,希望在下個十年內,這項發明可以應用到臨床上。

設計給癲癇手術用的機器設備
病患機器模型。設計從患者臉頰進入海馬迴進行癲癇手術。Credit:Laboratory for the Design and Control of Energetic Systems / Vanderbilt

機械設計和神經科學專業的結合

這項發明是幾個想法和技術組合而成。首先,是研究團隊已經熟悉的控制氣壓系統技術。再者,由神經科學專家那裏,知道現行臨床上都是從臉頰進入腦部來植入電極,用以追蹤腦部活動,確認癲癇的起始。這種用來植入電極的針,是一種直線外型的針,沒有辦法達到手術區域。因此,只好從頭蓋骨上方侵入,去破壞這些失控的神經元。

這整台機器人手術設備,已經開發出雛型。研究員認為,很多他們設計的零件都可用3D列印來製作以減少成本。看來3D列印真是什麼都可以印。同時,這樣的設備成功的話,癲癇的手術,很可能跟現在的白內障手術一樣,簡單,迅速,精準。

文章參考:Vanderbilt University;圖片來源: Vanderbilt University, Whiskeygonebad , SurfCologic CC Licensed。

 

 

 

 

 

【作者簡介】 BioMeder

生醫人網摘的編輯。熱愛創新和用腦袋的事物,堅持文章要有邏輯,藉由報導、解析生醫領域的創新和應用來傳播知識。

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