Medicinsk nålemodel forbedrer virtuelle træningsplatforme for yngre kirurger

Medicinsk nålemodel forbedrer virtuelle træningsplatforme for yngre kirurger

Tidsstempel: 2. marts 2023 kl. 4:50

Simulering af en medicinsk nål
Nøjagtig modellering Billede, der viser simuleringen af ​​en medicinsk nål. (Med høflighed: Athanasios Martsopoulos)

En matematisk model udviklet af forskere ved University of Bristol kan forbedre nøjagtigheden af ​​medicinsk nålebrug i kirurgiske simuleringer. Den nye model, som frembringer en effekt, der siges at være "så lig som muligt" til den virkelige nålelevering, har potentialet til at forbedre træningen for yngre kirurger.

Minimalt invasive kirurgiske procedurer leveret via nåle placeret gennem huden anvendes til en bred vifte af medicinske anvendelser - herunder vævsbiopsi, epidural anæstesi, brachyterapi, neurokirurgi og dyb hjernestimulering. Succesen af ​​disse procedurer er imidlertid meget afhængig af nøjagtig nåleplacering. Upræcis indsættelse har potentiale til at forårsage alvorlige komplikationer, såsom falske negativer i en biopsi, for eksempel, eller utilsigtet ødelæggelse af sundt væv i ablationsprocedurer.

For at hjælpe med at mestre disse udfordrende operationer kan juniorkirurger trænes ved hjælp af kirurgiske simulatorer, der giver visuel og haptisk feedback. "Kirurgisk simulering udgør en integreret del af moderne medicinsk praksis," forklarer førsteforfatter og maskiningeniør Athanasios Martsopoulos af Bristol Robotics Laboratory. "Det tilbyder et sikkert miljø for kirurger at træne i, men også en ramme for planlægning, forskning og bedre forståelse af kirurgiske indgreb."

Nøglen til sådanne simuleringer er imidlertid den nøjagtige modellering af blødt væv og de fleksible medicinske nåle, samt interaktionskræfterne mellem dem. I deres undersøgelse udviklede Martsopoulos og hans kolleger nye modeller af fleksible medicinske nåle ved hjælp af teknikker fra kontinuummekanik – studiet af deformationen af ​​og transformationen af ​​kræfter gennem materialer, der ikke er modelleret som en serie af diskrete partikler, men som en kontinuerlig masse.

Forskerne rapporterer, at tilgangen gjorde det muligt for dem at udvikle modelnåle til prostatabiopsi og brachyterapi, der både er meget nøjagtige og mere beregningsmæssigt effektive end deres tidligere modstykker. Sidstnævnte kvalitet blev opnået, forklarer teamet, ved at skære ned på indførelsen af ​​unødvendige trin i modelleringen.

"Den beregningsmæssige effektivitet af metoderne, kombineret med deres nøjagtighed, tillader deres integration i kirurgiske simuleringsmiljøer rettet mod uddannelse af yngre kirurger," siger Martsopoulos. "De foreslåede algoritmer er let tilgængelige til integration med sådanne simuleringsløsninger, og de har til formål at forbedre deres visuelle og haptiske troskab."

Med deres indledende undersøgelse afsluttet, søger forskerne nu at kombinere deres nye modeller af medicinske nåle med beregningseffektive og nøjagtige modeller af menneskeligt væv. Dette, forklarede de, vil give dem mulighed for at modellere dynamikken i virtuelle kirurgiske instrumenter i en "fuldt udstyret" kirurgisk simulering.

"Fremtidige udvidelser af vores arbejde vil også tillade implementeringen af ​​den foreslåede model ved hjælp af den grafiske behandlingsenhed, der sigter mod yderligere forbedring af modellens beregningseffektivitet," tilføjer de.

Udover at hjælpe med at uddanne fremtidens kirurger, bemærker teamet, har modellen også potentiale til at forbedre den præoperative planlægning af kirurgiske indgreb og hjælpe med udviklingen af ​​kirurgiske robotter.

Undersøgelsen er beskrevet i Matematisk og computermodellering af dynamiske systemer.

Tidsstempel:

Mere fra Fysik verden