Ứng dụng công nghệ mới trong phẫu thuật cứu người

Robot phẫu thuật tương thích với MRI

Công ty hợp tác với Phòng thí nghiệm Điều hướng Phẫu thuật và Robotics (SNR) Đại học Harvard (Mỹ) và ký kết thỏa thuận nghiên cứu lâm sàng với Khoa Thử nghiệm Lâm sàng của Bệnh viện Brigham và Phụ nữ (BWH). AiM Medical Robotics là một sản phẩm phụ của Trung tâm R&D PracticePoint tại Viện Bách khoa Worcester ở Boston (Mỹ), được xây dựng dựa trên hơn một thập kỷ nghiên cứu và phát triển thành công các hệ thống robot tiên tiến.

Trọng tâm của AiM là cải thiện kết quả của bệnh nhân thông qua việc phát triển robot phẫu thuật tương thích với MRI. Với một số ứng dụng ban đầu trong phẫu thuật thần kinh để điều trị số bệnh như Parkinson và động kinh. Robot của AiM sẽ mang lại mức độ chính xác, tự động hóa và hiệu quả chưa từng có cho phòng phẫu thuật. IQ Capital lần đầu tiên đầu tư vào AiM vào năm 2021. Công ty khởi nghiệp này đặt mục tiêu ra mắt robot phẫu thuật nhỏ gọn, tương thích với MRI, điều này sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho việc lập kế hoạch và hướng dẫn phẫu thuật trong phẫu thuật thông minh thông qua hình ảnh mô mềm theo thời gian thực.

Robot tiên tiến này đặc biệt giải quyết vấn đề dịch chuyển não trong quá trình phẫu thuật. Theo trang web của công ty, công ty hướng tới các dịch vụ của mình dành cho những bệnh nhân “trải qua phẫu thuật thần kinh điều trị các chứng rối loạn chức năng não (Parkinson, Động kinh,...) và ung thư, đồng thời tiết kiệm chi phí cho bệnh viện bằng cách loại bỏ sai sót và giảm thời gian thực hiện thủ thuật tới 50%.

Nghiên cứu diễn ra trong Bộ điều hành hướng dẫn bằng hình ảnh đa phương thức nâng cao (AMIGO) của BWH, một cơ sở nghiên cứu lâm sàng hiện đại. Công nghệ tiên tiến giải quyết sự thay đổi trí não này được thiết kế với mục đích giải quyết vấn đề dịch chuyển não, thường gây ra kết quả không nhất quán và không tối ưu trong nhiều quy trình. Công nghệ cho phép mục tiêu di chuyển so với hộp sọ trong quá trình phẫu thuật. Công ty nhấn mạnh 34% vị trí đặt dây dẫn kích thích não sâu cần phải phẫu thuật bổ sung nhằm loại bỏ hoặc chỉnh sửa do thiếu các mục tiêu giải phẫu dự định trong não. Sản phẩm tiên tiến của AiM dành cho phẫu thuật thần kinh lập thể được hướng dẫn bằng hình ảnh là đỉnh cao của khoảng 15 năm và 15 triệu USD từ nghiên cứu học thuật do Viện Y tế Quốc gia Mỹ tài trợ.

Công ty đã sẵn sàng tham gia vào thị trường trị giá 4,3 tỷ USD và đặt mục tiêu giải quyết mọi thách thức liên quan đến việc đặt các thiết bị điều hòa thần kinh, cắt bỏ và phân phối thuốc vào nội sọ một cách hiệu quả, chính xác và an toàn. Theo công ty, bằng cách thực hiện quy trình hướng dẫn MRI trong phẫu thuật, nó nhằm mục đích cải thiện lượng bệnh nhân nhập viện, tính nhất quán của quy trình và kết quả của bệnh nhân. Ngày 10/5/2024, AiM cũng đã tiến hành thử nghiệm tử thi bằng công nghệ phẫu thuật nâng cao dưới sự hướng dẫn của MRI với sự cộng tác của Bệnh viện Brigham and Women (BWH) tại cơ sở Máy gia tốc PracticePoint Medtech tại Học viện Bách khoa Worcester (WPI) - trụ sở chính của AiM. Thử nghiệm bao gồm một quy trình được hướng dẫn đầy đủ bằng MRI để đặt dây dẫn kích thích não sâu hai bên vào xác người bằng cách sử dụng nền tảng robot của AiM. Theo công ty, nền tảng chứng tỏ hiệu quả và độ chính xác cao đồng thời giải quyết hiệu quả sự thay đổi não trong phẫu thuật.

Ngoài ra, AiM Medical Robotics cũng hợp tác với Synaptive Medical - một công ty công nghệ y tế có trụ sở tại Toronto (Canada) chuyên cung cấp các giải pháp phẫu thuật, hình ảnh và dữ liệu. AiM báo cáo sự hợp tác này tích hợp phần mềm điều hướng thần kinh Modus Nav của Synaptive với robot phẫu thuật thần kinh lập thể, nâng cao khả năng trực quan hóa, điều hướng và kiểm soát. Nền tảng này sử dụng các bản cập nhật MRI trong quá trình phẫu thuật để đảm bảo nhắm mục tiêu và định vị chính xác robot. Công ty cho biết trong một tuyên bố : “Bằng cách kết hợp khung định vị robot tương thích với MRI của AiM, phần mềm điều hướng tiên tiến của Synaptive và MRI trong phẫu thuật, hai công ty đã tạo ra một quy trình làm việc được tối ưu hóa mang lại độ chính xác và hiệu quả tuyệt vời cho biện pháp can thiệp sâu vào não”. Sự tiến bộ trong lĩnh vực này đánh dấu một bước tiến đáng kể trong việc cải thiện kết quả của bệnh nhân và thúc đẩy lĩnh vực phẫu thuật thần kinh.

Xương tổng hợp do AI thiết kế

Một nhóm nhà nghiên cứu phát triển một loại vật liệu tổng hợp giống xương bằng cách sử dụng máy học và in 3D, nhằm mục đích tăng cường các phương pháp điều trị chỉnh hình. Vật liệu mới này có khả năng thay thế phương pháp phẫu thuật truyền thống, giảm biến chứng và cải thiện quá trình lành vết thương. Trong tương lai xương tổng hợp do AI thiết kế sẽ thay đổi phẫu thuật chỉnh hình. Bất chấp cấu trúc bất thường của chúng, các vật liệu tự nhiên như xương và lông chim có cách tiếp cận cực kỳ hiệu quả để phân bổ căng thẳng vật lý.

Tuy nhiên, mối quan hệ chính xác giữa sự điều biến ứng suất và cấu trúc của chúng từ lâu đã khiến cộng đồng nhà khoa học lảng tránh. Trong một nghiên cứu gần đây, nhóm nhà nghiên cứu sử dụng máy học, in 3D và loạt thí nghiệm căng thẳng để phát triển một loại vật liệu tái tạo mọi chức năng của xương người giúp phục hồi xương đùi chỉnh hình, tiết lộ những hiểu biết sâu sắc về mối quan hệ phức tạp này. Gãy xương đùi, xương dài ở chân trên, là một chấn thương phổ biến ở người và thường gặp ở người cao tuổi. Những cạnh bị gãy gây ra ứng suất tập trung ở đầu vết nứt, làm tăng khả năng vết nứt sẽ kéo dài hơn.

Một số phương pháp thông thường sửa chữa xương đùi bị gãy thường bao gồm phẫu thuật gắn một tấm kim loại xung quanh chỗ gãy bằng vít - điều này có thể gây lỏng, đau mãn tính và chấn thương thêm. Đó là những thách thức trong việc sửa chữa gãy xương đùi. Nghiên cứu được dẫn đầu bởi Shelly Zhang, Giáo sư kỹ thuật dân dụng và môi trường tại Đại học Illinois Urbana-Champaign, cùng với nghiên cứu sinh Yingqi Jia và Giáo sư Ke Liu từ Đại học Bắc Kinh. Phương pháp tiếp cận sáng tạo trong sửa chữa chỉnh hình của họ được xuất bản trên tạp chí Nature Communications, giới thiệu một cách tiếp cận sáng tạo cho phép sửa chữa chỉnh hình sử dụng khung tính toán có thể kiểm soát hoàn toàn để tạo ra vật liệu mô phỏng xương.

Zhang cho biết: “Chúng tôi bắt đầu với cơ sở dữ liệu vật liệu và sử dụng công cụ kích thích tăng trưởng ảo cũng như thuật toán học máy để tạo ra vật liệu ảo, sau đó tìm hiểu mối quan hệ giữa cấu trúc và tính chất vật lý của nó. Điều khác biệt giữa công việc này với những nghiên cứu trước đây là chúng tôi đã tiến thêm một bước nữa bằng cách phát triển thuật toán tối ưu hóa tính toán để tối đa hóa cả kiến trúc và phân bổ ứng suất mà chúng tôi có thể kiểm soát”. Trong phòng thí nghiệm, nhóm của Zhang sử dụng công nghệ in 3D chế tạo nguyên mẫu nhựa và gắn nó vào mô hình tổng hợp của xương đùi người bị gãy.

Zhang bình luận: “Việc có một mô hình hữu hình cho phép chúng tôi thực hiện những phép đo trong thế giới thực, kiểm tra tính hiệu quả của nó và xác nhận rằng có thể phát triển vật liệu tổng hợp theo cách tương tự như cách chế tạo các hệ thống sinh học. Chúng tôi hình dung công việc này sẽ giúp tạo ra vật liệu kích thích quá trình sửa chữa xương bằng cách cung cấp sự hỗ trợ và bảo vệ tối ưu khỏi các lực bên ngoài”.

Zhang cho biết kỹ thuật này có thể được áp dụng cho nhiều loại cấy ghép sinh học khác nhau ở bất cứ nơi nào cần thao tác với lực căng: “Bản thân phương pháp này khá chung chung và có thể áp dụng cho nhiều loại vật liệu khác nhau như kim loại, polyme… Điều quan trọng là hình học, kiến trúc cục bộ và các đặc tính cơ học tương ứng, khiến cho các ứng dụng trở nên gần như vô tận”.