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O câncer de pulmão é a principal causa de mortes relacionadas ao câncer nos Estados Unidos. Alguns tumores são extremamente pequenos e se escondem profundamente no tecido pulmonar, dificultando o acesso dos cirurgiões. Para enfrentar este desafio, os pesquisadores da UNC-Chapel Hill e da Universidade Vanderbilt têm trabalhado em um robô extremamente flexível, mas robusto, capaz de atravessar o tecido pulmonar.
Sua pesquisa atingiu um novo marco. Em um novo artigo, publicado em Robótica CientíficaRon Alterovitz, PhD, do Departamento de Ciência da Computação da UNC, e Jason Akulian, MD MPH, do Departamento de Medicina da UNC, provaram que seu robô pode ir autonomamente do “Ponto A” ao “Ponto B”, evitando estruturas importantes , como pequenas vias aéreas e vasos sanguíneos, em um modelo de laboratório vivo.
“Essa tecnologia nos permite atingir alvos que de outra forma não conseguiríamos alcançar com um broncoscópio padrão ou mesmo robótico”, disse o Dr. Akulian, coautor do artigo e chefe da seção de Pneumologia Intervencionista e Oncologia Pulmonar na Divisão de Doenças Pulmonares da UNC. e Medicina Intensiva. “Isso dá a você alguns centímetros ou até mesmo alguns milímetros extras, o que ajudaria imensamente na perseguição de pequenos alvos nos pulmões”.
O desenvolvimento do robô de agulha dirigível autônomo alavancou a cultura altamente colaborativa da UNC ao combinar medicina, ciência da computação e conhecimentos de engenharia. Além de Alterovitz e Akulian, o esforço de desenvolvimento incluiu Yueh Z. Lee, MD, PhD, do Departamento de Radiologia da UNC, bem como Robert J. Webster III da Universidade Vanderbilt e Alan Kuntz da Universidade de Utah.
O robô é feito de vários componentes separados. Um controle mecânico fornece impulso controlado da agulha para avançar e retroceder e o design da agulha permite a direção ao longo de caminhos curvos. A agulha é feita de uma liga de níquel-titânio e foi gravada a laser para aumentar sua flexibilidade, permitindo que ela se mova sem esforço através do tecido.
À medida que avança, a gravação na agulha permite-lhe contornar obstáculos com facilidade. Outros acessórios, como cateteres, poderiam ser usados juntamente com a agulha para realizar procedimentos como biópsias pulmonares.
Para atravessar o tecido, a agulha precisa saber para onde está indo. A equipe de pesquisa usou tomografias computadorizadas da cavidade torácica do sujeito e inteligência artificial para criar modelos tridimensionais do pulmão, incluindo vias aéreas, vasos sanguíneos e o alvo escolhido. Usando este modelo 3D e uma vez posicionada a agulha para o lançamento, o software orientado por IA instrui-a a viajar automaticamente do “Ponto A” para o “Ponto B”, evitando estruturas importantes.
“A agulha dirigível autônoma que desenvolvemos é altamente compacta, mas o sistema vem com um conjunto de tecnologias que permitem que a agulha navegue de forma autônoma em tempo real”, disse Alterovitz, investigador principal do projeto e autor sênior do estudo. papel. “É semelhante a um carro autônomo, mas navega pelo tecido pulmonar, evitando obstáculos como vasos sanguíneos significativos enquanto viaja até seu destino”.
A agulha também pode explicar o movimento respiratório. Ao contrário de outros órgãos, os pulmões estão em constante expansão e contração na cavidade torácica. Isto pode tornar a segmentação especialmente difícil em um sujeito vivo e que respira. Segundo Akulian, é como atirar em um alvo em movimento.
Os pesquisadores testaram seu robô enquanto o modelo de laboratório realizava apneia intermitente. Cada vez que a respiração do sujeito é presa, o robô é programado para avançar.
“Ainda existem algumas nuances em termos da capacidade do robô de adquirir alvos e, em seguida, alcançá-los de forma eficaz”, disse Akulian, que também é membro do UNC Lineberger Comprehensive Cancer Center, “e embora ainda haja muito trabalho a ser feito. feito, estou muito entusiasmado em continuar a ampliar os limites do que podemos fazer pelos pacientes com os especialistas de classe mundial que estão aqui.”
“Planejamos continuar a criar novos robôs médicos autônomos que combinem os pontos fortes da robótica e da IA para melhorar os resultados médicos para pacientes que enfrentam uma variedade de desafios de saúde, ao mesmo tempo que fornecem garantias de segurança do paciente”, acrescentou Alterovitz.
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