Del, , Google Plus, Pinterest,

Print

Posted in:

Medisinsk teknologisk forskning og samarbeid innen gastroenterologi

Utvikling i morgendagens løsninger for avbildning og veiledning under laparoskopiske inngrep.

Laparoskopisk kirurgi byr på en rekke utfordringer sammenlignet med åpen kirurgi. Dette fordi kirurgen mister muligheten til å anvende hendene direkte på pasientens organer. Kirurgen mister videre muligheten til å kjenne blodårer, svulster og steiner og kunne manipulere vev direkte. Laparoskopisk kirurgi er skånsom og har imidlertid en rekke fordeler for pasientene og samfunnet; kortere liggetid og mindre postoperative smerter for å nevne to viktige aspekter. For å fortsette den videre utviklingen av laparoskopi og forbedre kirurgenes muligheter til å gjøre mer avanserte prosedyrer (spesielt innen kreftkirurgi), jobber vi i Trondheim med å utvikle morgendagens løsninger for avbildning og veiledning under laparoskopiske inngrep.

 

Figur 1. Mikrorobotisk pille under utvikling i EU prosjektet VECTOR der SINTEF i samarbeid med St. Olavs Hospital har vært en sentral partner, både i utviklingen av teknologiske komponenter og kliniske brukerbehov og kravspesifikasjoner.

 

Siden 1995 har Trondheimsmiljøet hatt et tett samarbeid innen forskning og utvikling for laparoskopisk kirurgi mellom to nasjonale kompetansesentra: Nasjonalt senter for avansert laparoskopisk kirurgi (NSALK) og det nye Nasjonalt kompetansesenter for ultralyd og bildeveiledet behandling (oppstart januar 2012). I disse sentrene jobber St. Olavs Hospital/NTNU og SINTEF tett sammen om forskning og utvikling. Det er et unikt samarbeid i den forstand at teknologer (forskere med sivilingeniørutdanning og teknologiske ph.d.-studenter) daglig jobber sammen med kirurger og helsepersonell ved St. Olavs Hospital. Gjennom denne tverrfaglige kontakten forstår man hverandres utfordringer, problemstillinger og behov. De gode ideene får rom for bearbeiding og diskusjon i de reelle situasjonene der man har behov for konkrete løsninger. Miljøet har vunnet en rekke nasjonale- og internasjonale priser, både for teknologiske løsninger (innovasjoner) og kunnskapsutvikling gjennom vitenskapelige publikasjoner. Prosjektene spenner vidt, fra ergonomi, avbildning og navigasjon til mikrorobotikk. Videre forskning fokuseres rundt integrasjon av ultralyd som intraoperativ avbildningsmodalitet for å kunne oppdatere kartene, dvs. bildegrunnlag basert på preoperative bilder (CT/MR), underveis i inngrepet. Denne oppdateringen er nødvendig fordi de preoperative bildene ikke lenger stemmer ettersom inngrepet skrider frem og endringer i vevet skjer som følge av f.eks. leiring, mobilisering av organer, og reseksjon. I tillegg vil de intraoperative ultralydbildene kunne gi flere detaljer omkring svulsten som f.eks. blodstrøm og vevselastisitet (elastografi). Kontrast kan benyttes for å fremheve svulster og/eller blodkar.

 

I kjølvannet av denne forskningen har Trondheimsmiljøet, representert med samarbeidet mellom SINTEF, St. Olavs Hospital og NTNU, de siste 5 årene blitt et interessant miljø for andre forskningsgrupper i Europa for å inngå partnerskap om flere EU-prosjekter. Det startet ved at vi takket ja til en forespørsel om å delta i EU-prosjektet VECTOR (Versatile Endoscopic Capsule for gastrointestinal TumOr Recognition and therapy(1), figur 1). I VECTOR er miljøet i Trondheim sammen med SINTEF IKT i Oslo med på å utvikle fremtidens løsning for trådløs undersøkelse av hele fordøyelseskanalen, med hovedvekt på en løsning for screening av tykktarmskreft. Den svelgbare pillen skal både kunne ta bilder, ta biopsier (av automatisk detekterte områder i tarmen) og også kunne behandle f.eks. polypper. Trondheimsmiljøet har vært med på utvikling av teknologiske komponenter i pillen (ledes av SINTEF) og utprøving av spin-off produkter fra prosjektet (ledes av NSALK). Vi har bl.a. utviklet en av de første trådløse løsningene for ekstremt høyoppløselig ultralydavbildning av tarmveggen (SINTEF IKT, Oslo) og vi har laget den første prototypløsning for posisjonsbestemmelse av en slik smart pille ved hjelp av ultralydteknologi (SINTEF og NTNU, Trondheim).

 

Figur 2. Bildet viser et eksempel på et 4-dimensjonalt ultralyd bilde (høyre) med to snitt fra et 3D volum i tidssekvensen (venstre). Slike bilder benyttes i FUSIMO-prosjektet for å automatisk følge bevegelsen til lever / nyrer under pustebevegelser. På denne måten kan man forutsi hvor den fokuserte ultralydstrålen må skytes for å treffe en tumor i leveren.

 

Siden VECTOR-prosjektet ble initiert har vårt miljø blitt involvert i flere nye EU-prosjekter. Strategien vår har vært å være tilstrekkelig involvert på ledersiden i utvikling av søknadene, for å sikre kvalitet i utformingen av prosjektene/søknadene, sørge for at prosjektet er i tråd med EU- utlysningene og at Trondheimsmiljøets innsats bidrar til økt kompetanseutvikling i regionen. Gjennom EU-prosjektene genererer vi ny kompetanse og henter hjem kunnskap som genereres andre steder i Europa. Det siste eksemplet på at denne strategien har gitt resultater er FUSIMO-prosjektet (Patient specific modelling and simulation of focused ultrasound in moving organs)(2). I FUSIMO har SINTEF (i samarbeid med St. Olavs Hospital) en sentral rolle gjennom ledelse av spesifikasjonsarbeidet for prosjektet samt at vi er sentral i utviklingen av ultralyd-basert sporing av bevegelsene til lever og nyrer i buken pga. pustebevegelser. Prosjektet er i hovedsak rettet mot simulering av MR-veiledet, fokusert ultralyd for terapi av svulster i lever (ultralyd benyttes både til avbildning og terapi). Gjennom simuleringen skal klinikerne kunne prøve seg frem til et behandlingsoppsett som er optimalt for pasienten, før pasienten plasseres i behandlingsmaskinen. Teknologisk og klinisk sett jobber SINTEF og St. Olavs Hospital i dette prosjektet med anvendelse av firedimensjonal (4D) ultralydavbildning for automatisk sporing av bevegelsen til en tumor i f.eks. leveren (figur 2), først og fremst forårsaket av pustebevegelser. Resultatene så langt ser lovende ut. I første omgang benyttes 2D-ultralydprober som er MR-kompatible, dvs. at man kan gjøre ultralydavbildning inne i en MR-maskin samtidig med MR-avbildning og temperaturmåling gjennom analyse av MR-bildene.

 

Ultralyd er en avbildningsmodalitet som blir stadig mer benyttet til både diagnostikk og behandlingsveiledning. Ultralyd kan imidlertid også anvendes til å destruere mikrobobler og øke opptaket av medikamenter i celler ved å bruke lydbølger i andre frekvensområder. Trondheimsmiljøet har i gangsatt en større satsning på å kombinere bruk av ultralyd til avbildning (diagnostikk), frigivelse av medikamenter i mikro/nanopartikler og øke opptaket av medikamenter i celler. Også innenfor dette området er SINTEF med i et større EU prosjekt, 3MiCRON(3).

 

Figur 3. Hovedhensikten i IIIOS-prosjektet er integrering av ulike teknologier og avbildningsmodaliteter i operasjonsstua for en mer optimal veiledning av kirurgiske prosedyrer. Bildet er tatt i forbindelse med fjerning av en binyre med 3D CT-basert navigasjon av instrumenter i Fremtidens operasjonsrom ved St. Olavs Hospital/NTNU.

 

Ved siden av de vanlige prosjekt-typene nevnt foran, deltar vi nå også i et Marie Curie Initial Training Network (ITN) prosjekt. NTNU er prosjektleder på vegne av Trondheimsmiljøet og St. Olavs Hospital og SINTEF deltar som ”third parties linked to a beneficiary”. Denne organiseringen beror på at partene har et langsiktig formelt samarbeid gjennom Nasjonalt Kompetansesenter for ultralyd og bildeveiledet behandling. I ITN-prosjekter er det forskerutveksling (personell) som er hovedmålet, og man kan derfor ikke ansette forskere fra eget land, men fortrinnsvis fra de andre partnerne i prosjektet (eventuelt utenfor). Prosjektet heter IIIOS – Integrated Interventional Imaging Operating System, og Trondheimsmiljøet jobber i dette prosjektet i tillegg til åtte andre europeiske partnere sammen med Intervensjonssenteret ved Oslo Universitetssykehus innenfor bildeveiledet kirurgi og intraoperative avbildningsteknikker. Gjennom flere ph.d.-studenter, postdok-kandidater og gjesteforskere ved begge forskningsmiljøene, utvikler vi nye metoder for neste generasjons intraoperative veiledning innenfor minimal- og ikke-invasiv behandling. Fokus i IIIOS prosjektet er å stille til rådighet for forskerne (spesielt PhD studentene) opplæringsforhold som igjen legger til rette for forskning og utvikling innen integrering av ultralyd, biofotonikk, MR, CT, PET m.m. for integrerte veilednings- og avbildningssystemer i fremtidens operasjonsrom (figur 3). Klinisk sett er prosjektet rettet inn mot bl.a. kreft og hjerte/karsykdommer. Effektiv behandling av disse sykdommene vil i fremtiden kreve et stort utvalg av kirurgiske teknikker samt avanserte instrumenter. I tillegg kreves nødvendige visualiseringsmodaliteter og posisjonssporingsteknologier for å kunne bidra til sikre kirurgiske inngrep og sanntids veiledning under prosedyrene. Laparoskopisk ultralyd har potensial til å gjøre laparoskopiske inngrep sikrere, men det krever at operatøren har erfaring og kjennskap til tolking av ultralydbildene. Gjennom IIIOS-prosjektet arbeider miljøet med å lage treningsmodeller for laparoskopisk ultralyd alene og kombinert med navigasjon. IIIOS-prosjektet består av industri, universiteter, forskningsinstitutter, og sykehus med kompetanse innen alle de nevnte fagområdene.

 

Trondheimsmiljøet har generert mye internasjonalt samarbeid gjennom deltagelse i disse EU prosjektene. Samtidig som vår kompetanse har kommet til nytte internasjonalt, har miljøet opparbeidet ny kompetanse som skal bidra til videre kompetanseutvikling nasjonalt i årene som kommer.

 

Referanser

  1. http://vector-project.com
  2. http://fusimo.eu
  3. http://www.3micron.eu/