Medicinsk nålmodell förbättrar virtuella träningsplattformar för yngre kirurger

En matematisk modell utvecklad av forskare vid University of Bristol kan förbättra noggrannheten för medicinsk nålanvändning i kirurgiska simuleringar. Den nya modellen, som ger en effekt som sägs vara "så lik som möjligt" till verklig nåltillförsel, har potential att förbättra utbildningen för yngre kirurger.

Minimalt invasiva kirurgiska ingrepp som levereras via nålar placerade genom huden används för ett brett spektrum av medicinska tillämpningar – inklusive vävnadsbiopsi, epiduralbedövning, brachyterapi, neurokirurgi och djup hjärnstimulering. Framgången för dessa procedurer är dock starkt beroende av noggrann nålplacering. Oexakt insättning har potential att orsaka allvarliga komplikationer, såsom falska negativa effekter i till exempel en biopsi, eller oavsiktlig förstörelse av frisk vävnad vid ablationsprocedurer.

För att hjälpa till att bemästra dessa utmanande operationer kan juniorkirurger utbildas med kirurgiska simulatorer som ger visuell och haptisk feedback. "Kirurgisk simulering utgör en integrerad del av modern medicinsk praxis", förklarar första författare och maskiningenjör Athanasios Martsopoulos av Bristol Robotics Laboratory. "Det erbjuder en säker miljö för kirurger att träna i, men också ett ramverk för planering, forskning och bättre förståelse av kirurgiska ingrepp."

Nyckeln till sådana simuleringar är dock den exakta modelleringen av mjukvävnader och de flexibla medicinska nålarna, såväl som samverkanskrafterna mellan dem. I sin studie utvecklade Martsopoulos och hans kollegor nya modeller av flexibla medicinska nålar med hjälp av tekniker från kontinuummekaniken – studiet av deformationen av, och omvandlingen av krafter genom, material som inte är modellerade som en serie diskreta partiklar utan som en kontinuerlig massa.

Forskarna rapporterar att tillvägagångssättet gjorde det möjligt för dem att utveckla modellnålar för prostatabiopsi och brachyterapi som är både mycket exakta och mer beräkningseffektiva än sina tidigare motsvarigheter. Den senare kvaliteten uppnåddes, förklarar teamet, genom att skära ner på införandet av onödiga steg i modelleringen.

"Beräkningseffektiviteten hos metoderna, i kombination med deras noggrannhet, tillåter att de integreras i kirurgiska simuleringsmiljöer som syftar till utbildning av yngre kirurger", säger Martsopoulos. "De föreslagna algoritmerna är lätt tillgängliga för integration med sådana simuleringslösningar och de syftar till att förbättra deras visuella och haptiska trohet."

Med sin första studie klar, försöker forskarna nu kombinera sina nya modeller av medicinska nålar med beräkningseffektiva och exakta modeller av mänsklig vävnad. Detta, förklarade de, kommer att tillåta dem att modellera dynamiken hos virtuella kirurgiska instrument i en "fullständig" kirurgisk simulering.

Biopsinål gör hjärnkirurgi säkrare

"Framtida förlängningar av vårt arbete kommer också att tillåta implementeringen av den föreslagna modellen med hjälp av grafikbehandlingsenheten, i syfte att ytterligare förbättra modellens beräkningseffektivitet", tillägger de.

Förutom att hjälpa till att utbilda framtidens kirurger, konstaterar teamet, har modellen också potential att förbättra den preoperativa planeringen av kirurgiska ingrepp och hjälpa till i utvecklingen av kirurgiska robotar.

Studien beskrivs i Matematisk och datormodellering av dynamiska system.

• SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
• Källa: https://physicsworld.com/a/medical-needle-model-improves-virtual-training-platforms-for-junior-surgeons/