Pesquisadores desenvolvem o primeiro cateter direcional para cirurgia cerebral
Pesquisadores desenvolveram um cateter novo, flexível e direcional que permite aos cirurgiões guiar o dispositivo em qualquer direção enquanto atravessam as artérias e vasos sanguíneos do cérebro.
Fonte: UCSD
Uma equipe de engenheiros e médicos desenvolveu um cateter direcional que pela primeira vez dará aos neurocirurgiões a capacidade de dirigir o dispositivo em qualquer direção que quiserem enquanto navegam pelas artérias e vasos sanguíneos do cérebro. O dispositivo foi inspirado na natureza, especificamente pernas de insetos e estruturas semelhantes à cauda de flagela que permitem que organismos microscópicos, como bactérias, nadem.
A equipe da Universidade da Califórnia em San Diego descreve o avanço na edição de 18 de agosto da Science Robotics.
O cateter direcional foi testado com sucesso em suínos no Centro para o Futuro da Cirurgia na UC San Diego.
Aproximadamente uma em cada 50 pessoas nos Estados Unidos tem um aneurisma intracraniano intracraniano não rompido — uma lesão de paredes finas, semelhante a bolhas, em uma artéria cerebral que é propensa a ruptura. Esses tipos de lesões afetam mais de 160 milhões de pessoas em todo o mundo, metade delas com menos de 50 anos. Dos pacientes que sofrem aneurismas rompidos, mais da metade morre.
Metade dos sobreviventes tem deficiências de longo prazo. Estudos mostram que um quarto dos casos não pode ser operado por causa da dificuldade de alcançar os aneurismas.
"Como neurocirurgião, um dos desafios que temos é direcionar cateteres para os delicados e profundos recessos do cérebro", disse o Dr. Alexander Khalessi, presidente do Departamento de Cirurgia Neurológica da UC San Diego Health.
"Os resultados de hoje demonstram a prova de conceito para um cateter macio e facilmente direcional que melhoraria significativamente nossa capacidade de tratar aneurismas cerebrais e muitas outras condições neurológicas, e estou ansioso para avançar nessa inovação em relação ao cuidado do paciente."
O estado atual da arte na cirurgia de aneurisma envolve neurocirurgiões inserindo fios-guia em uma artéria perto da virilha para levar cateteres através da aorta e todo o caminho até o cérebro. Cirurgiões usam fios-guia de ponta curva para navegar nas artérias e junções do cérebro. Mas esses fios-guia devem ser removidos antes que a ponta do cateter possa ser usada para fornecer tratamento.
"Uma vez recuperado o fio-guia, o cateter voltará à sua forma nativa, muitas vezes em linha reta, resultando na perda de acesso à patologia", disse a Dra.
Como resultado, é extremamente difícil colocá-lo e mantê-lo na posição certa para liberar bobinas de platina que bloqueiam o fluxo sanguíneo para o aneurisma e previnem um sangramento cerebral.
Cateteres direcionais não estão disponíveis para neurocirurgia por causa do quão pequenos são os vasos sanguíneos do cérebro. Especificamente, os dispositivos precisam ter menos de um milímetro de diâmetro – que é aproximadamente o diâmetro de alguns cabelos humanos – e cerca de cinco metros de comprimento (160 cm). Os métodos de fabricação industrial lutam nesta escala.
Isso é parcialmente porque a gravidade, os eletrostáticos e a força van der Waals são todos semelhantes neste tamanho. Então, uma vez que você pegar algo com pinças, você não pode deixá-lo cair. Se você persuadi-lo a partir da pinça, ele pode saltar para o ar de forças opostas e desaparecer, para nunca mais ser encontrado.
"Infelizmente, muitos dos vasos sanguíneos mais importantes que precisamos tratar estão entre os mais tortuosos e frágeis do corpo", disse James Friend, professor da UC San Diego Jacobs School of Engineering and School of Medicine e autor correspondente do artigo. "Embora a robótica esteja aumentando para a necessidade de resolver muitos problemas médicos, dispositivos deformáveis nas escalas necessárias para esses tipos de cirurgias simplesmente não existem."
Bioinspiração
Para resolver esse problema, os pesquisadores se inspiraram tanto na natureza quanto na robótica macia.
"Fomos inspirados por flagela e pernas de inseto, bem como pelo acasalamento de besouros, onde estão envolvidas hidráulicas em microescala e grande deformação de aspectos", disse Gopesh Tilvawala, que recentemente obteve um doutorado no grupo de pesquisa do Friend e primeiro autor do artigo. "Isso nos levou a desenvolver [um] microcateter robótico macio acionado hidráulico."
Simulações de computador e novos métodos de fabricação
A equipe teve que inventar uma nova maneira de lançar silicone em três dimensões que funcionariam nessas escalas, depositando camadas concêntricas de silicone em cima uma da outra com diferentes rigidezs. O resultado é um cateter de borracha de silicone com quatro orifícios dentro de suas paredes, cada um com cerca de metade do diâmetro de um cabelo humano.
A equipe também realizou simulações de computador para determinar a configuração do cateter; quantos buracos deve incluir; onde estes devem ser colocados; e a quantidade de pressão hidráulica necessária para atuá-la. Para guiar o cateter, o cirurgião comprime um controlador portátil para passar o fluido salino na ponta para guiá-lo. A solução salina é usada para proteger o paciente: se o dispositivo falhar, a solução salina entra inofensivamente na corrente sanguínea. A ponta direcional do cateter é visível em raios-X.
Uma nova maneira de fazer neurocirurgia
"Essa tecnologia é ideal para situações em que preciso fazer uma curva de 180 graus da posição do cateter na artéria dos pais, e manter a posição e reduzir o kick-out é fundamental", disse o Dr. David Santiago-Dieppa, neurocirurgião da UC San Diego Health. "Esse avanço pode nos permitir tratar aneurismas, outras patologias cerebrais e até derrames que não conseguimos no passado."
O trabalho está pronto para fazer uma diferença significativa na forma como a cirurgia de aneurisma é conduzida, disseram os médicos.
"Esse tipo de precisão pode ser realizada com ferramentas direcionais e a implantação bem-sucedida dessas ferramentas deve nos levar adiante para permitir um melhor acesso, diminuição do tempo processual, melhor utilização da capacidade, diminuição da exposição à radiação e outros benefícios relacionados e esperados", disse o Dr. Alexander Norbash, presidente do Departamento de Radiologia da UC San Diego Health.
Os próximos passos incluem um número estatisticamente significativo de testes em animais e o primeiro em testes em humanos.
Financiamento: O trabalho foi financiado pela American Heart Association, pela Associação Americana-Australiana Sir Keith Murdoch Scholarship, pelo programa galvanizador de engenharia em medicina da UC San Diego, pela Bolsa de Excelência em Pesquisa do Chanceler e pelos Institutos Nacionais de Saúde.