Minirobot kan zelf dotteren

Onderzoekers zijn er onlangs in geslaagd een robot autonoom naar een slagader in een varken te laten navigeren, waar het contrastkleurstof afgaf en veilig terugnavigeerde naar een extractiepunt.

De resultaten zijn gepubliceerd inIEEE Robotics and Automation Letters.

Occlusieve vasculaire aandoeningen, waaronder beroerte in de hersenen, myocardinfarct in het hart of perifere arteriële ziekte in de ledematen, is een belangrijke doodsoorzaak. Chirurgische ingrepen om verstopte slagaders en bloedvaten te verwijderen, zijn een belangrijke behandelingsoptie voor ernstige gevallen en kunnen levens redden, maar deze operaties brengen enkele grote uitdagingen met zich mee.

Niet alleen is het moeilijk om chirurgisch gereedschap handmatig door bloedvaten naar het laesiegebied te leiden, zorgteams maken ook gebruik van röntgenstralen om de exacte plek te bepalen. Daardoor worden ze blootgesteld aan hoge doses straling.

Om deze problemen aan te pakken, bedacht het team van Gunhee Jang, een Distinguished Professor aan de Hanyang University in Seoul (Zuid-Korea), een oplossing met behulp van een robot die wordt geleid door magneten. Dat is waar de I-Raman-robot (robotically assisted magnetic navigation system for endovascular intervention) zijn naam aan ontleent.

Eerst ontwikkelde het team software die 2D-röntgenfoto’s gebruikt die vanuit verschillende hoeken zijn gemaakt om een 3D-kaart te maken van de bloedvaten rondom het geblokkeerde gebied. De magnetische robot gebruikt deze 3D-kaart om autonoom te navigeren en behandelingen uit te voeren, zoals tunneling door de laesie.

De robot wordt met een katheter in een bloedvat in de buurt van het behandelingsgebied geïnjecteerd. Het externe magnetische veld wordt gebruikt om een roterende beweging te creëren om de robot los te maken van de katheter. Het magnetische veld leidt om de robot vervolgens naar de behandelplek.

Daar kan de robot een aantal taken uitvoeren, waaronder dotteren, bloedstolsels opzuigen en plaatselijk contrastkleurstof of medicijnen toedienen. Als de taak is voltooid, leidt het magnetische systeem de robot terug naar de katheter en wordt de robot uit het lichaam verwijderd.

Kunstmatig bloedvat is nog geen minivarken

In hun studie testten de onderzoekers de techniek eerst in een kunstmatig bloedvat dat in een watertank dreef, wat succesvol bleek. Vervolgens testten ze hun robot in de oppervlakkige dijslagaders van kleine varkens onder narcose.

“We hadden veel vertrouwen in het uitvoeren van robotische endovasculaire interventies in het [kunstmatige] bloedvat”, zegt Jang. “Maar tijdens het in vivo experiment in een oppervlakkige dijbeenslagader van het minivarken merkten we dat het een heel andere en moeilijke wereld is.”

In de loop van een jaar werkten ze samen met cardiologen en voltooiden ze acht operaties bij varkens. Het laatste experiment bleek succesvol en bood een proof of concept dat de techniek levensvatbaar is.

Het team gaat het systeem commercialiseren in het bio-venturebedrijf InterMag.

Jang merkt op dat deze recente experimenten met varkens manieren hebben onthuld om zowel de microrobot als het magnetische navigatiesysteem te verbeteren. “We zullen met name het magnetische veld vergroten dat wordt gegenereerd door het magnetische navigatiesysteem, en we zijn van plan de grootte van de microrobot te verkleinen en deze efficiënt te ontwerpen”, zegt hij.