10/05/2023
Door Ad Spijkers
Duitse onderzoekers werken aan intelligente chirurgische robotica met een helder zicht en gevoel.
Een interdisciplinair projectteam begint met de ontwikkeling van een op sensoren gebaseerd ondersteuningssysteem dat tijdens tumoroperaties continu weefselgrenzen kan visualiseren en haptisch overbrengen naar chirurgen. Het project wordt uitgevoerd door artsen en onderzoekers van de Universitätsklinikum Jena, de Friedrich Schiller Universität Jena en de Technische Universität Ilmenau. Het project is onderdeel van het programma CZS Breakthroughs van de Carl-Zeiss-Stiftung en wordt zes jaar lang financieel ondersteund.
Tumoren
Het operatief verwijderen van tumoren is een van de pijlers van de kankertherapie. Beproefde beeldvormingsmethoden bieden de exacte locatie en grootte van de tumor voor het plannen van de procedure. Het doel van de operatie is dan om het kankerweefsel volledig te verwijderen en het omliggende gezonde weefsel zoveel mogelijk te beschermen. Endoscopische en microscopische beelden van het operatiegebied of robot- en navigatiesystemen ondersteunen de ervaring van de chirurgen.
Het kan echter gebeuren dat tumoren niet volledig worden geëlimineerd omdat de weefselgrenzen op deze manier niet duidelijk worden weergegeven. Het projectteam wil een op sensoren gebaseerd ondersteuningssysteem voor tumorchirurgie ontwikkelen dat deze grenzen continu in kaart kan brengen en haptisch kan terugkoppelen.
Sensorische chirurgie
Het doel is sensorische chirurgie. De onderzoekers willen met optische en biomechanische sensoren multimodaal de weefseleigenschappen vastleggen en op basis van AI real-time evalueren. Vervolgens willen ze deze informatie via een geavanceerd besturingssysteem zodanig aan de chirurg doorgeven dat hij de tumorgrens kan zien en voelen. Op basis daarvan past hij of zij de chirurgische procedure dienovereenkomstig op de gebruikelijke manier aan. Het ontwikkelingsprogramma is gebaseerd op jaren van voorbereidend werk door de projectpartners en omvat ook nieuwe specialistische disciplines.
Samen met biofotonica-specialisten van de Universität Jena testen de artsen al de intraoperatieve visualisatie van kankerweefsel op basis van spectroscopische en andere optische analysemethoden. Ook is een werkgroep van de Universität Jena, die machine learning algoritmen voor data-analyse ontwikkelt, hierbij betrokken. Nieuw is een visualisatie-onderzoeksteam van dezelfde universiteit. Deze is gespecialiseerd in het weergeven van grote hoeveelheden data, vooral uit de medische wereld, in virtual reality-omgevingen. Dit omvat ook gegevens over de biomechanische eigenschappen van de tumor.
Haptische terugkoppeling
Biomechatronica-experts van de TU Ilmenau houden zich bezig met de stevigheid van het weefsel, hoe chirurgen dit waarnemen en hoe dit aspect kan worden geïntegreerd in het resulterende ondersteuningssysteem. Neurochirurgen kunnen niet zonder de haptische terugkoppeling. Het speelt een belangrijke rol bij chirurgische besluitvorming omdat hersentumoren vaak iets steviger zijn dan gezond hersenweefsel. Dit is een van de redenen waarom operationele ondersteunende systemen op dit gebied moeilijk op te zetten zijn.
Chirurgische insnijdingen kunnen worden gemaakt met een nauwkeurigheid van een halve millimeter. Met het chirurgisch ondersteuningssysteem willen de onderzoekers er voor zorgen dat ze precies op de tumorgrens worden gemaakt. Het concept van sensorische chirurgie zou een belangrijke stap kunnen betekenen naar het verder specificeren van tumoroperaties met betere overlevingskansen en maximale bescherming van gezond weefsel.
Foto: Anna Schroll, Universitätsklinikum Jena