Ontwikkeling van chirurgisch assistieve technologie gericht op intraoculaire microchirurgie

Ons gezichtsvermogen is met voorsprong ons meest ontwikkelde zintuig, en speelt een belangrijke rol bij bijna alle aspecten van het dagelijks leven. Ernstig gezichtsvermogenverlies gaat hierdoor vaak gepaard met een dramatische reductie van de levenskwaliteit. Vooruitgang binnen de geneeskunde heeft reeds geleid tot effectieve behandelingsmethoden voor een waaier aan oogziekten. Desalniettemin blijven verschillende retinale aandoeningen een veelvoorkomende oorzaak van gezichtsvermogenverlies. Op het moment van schrijven zijn er wereldwijd naar schatting 244 miljoen mensen die lijden aan een vorm van ernstig zichtsverlies waarvoor geen curatieve behandeling beschikbaar is.

Nieuwe geneesmiddelen en beeldvormingstechnieken kunnen mogelijks leiden tot potentieel curatieve chirurgische behandelmethoden. Echter, omwille van de kleine schaal en de kwetsbaarheid van het netvlies, wordt vitreoretinale chirurgie reeds uitgevoerd op de grenzen van wat menselijk mogelijk is. Onbedoelde bewegingen zoals handtrillingen en oogrotaties beperken de precisie van eender welke chirurgische techniek. Dit leidt ertoe dat beloftevolle experimentele behandelingen ofwel beperkt blijven in hun effectiviteit, of gewoonweg niet veilig uit te voeren zijn. Om deze fysiologische grenzen te overwinnen, vereisen chirurgen de klinische beschikbaarheid van prestatieverhogende technologie.

Het doel van dit doctoraatswerk is om de technologie voor vitreoretinale chirurgie verder te ontwikkelen, om zo de creatie en veilige toepassing van nieuwe behandelingsmethoden mogelijk te maken. Dit wil op zijn beurt bijdragen tot ons vermogen om onnodig menselijk lijden te beperken of uiteindelijk te voorkomen, veroorzaakt door ongeneesbaar gezichtsvermogenverlies. Doorheen dit werk kunnen de onderzoeksinspanningen als tweeledig worden samengevat.

Het eerste deel van dit werk beschrijft de ontwikkeling, pre-klinische validatie, en klinische translatie van een eerste generatie robot-geassisteerde technologie voor klinisch onderzoek. Verder bouwend op voorgaand onderzoek, werden er twee systemen gefinaliseerd en goedgekeurd voor gebruik tijdens menselijk klinisch onderzoek. De technologie biedt drie kernfunctionaliteiten aan: oogstabilisatie via een mechanisch RCM, precisieverhoging via het schalen van mechanische impedantie, en langdurige mechanische immobilisatie van het instrument. Aansluitend wordt het gebruik van de technologie voor klinisch onderzoek beschreven. Robot-geassisteerde retinaal veneuze cannulatie wordt beschreven binnen de context van een eerste menselijke studie, een wereldprimeur. Tijdens alle ingrepen kon de chirurg successvol in een vene injecteren met behulp van de ontwikkelde technologie. Verder wordt robot-geassisteerde subretinale chirurgie beschreven binnen de context van dierlijk onderzoek, waarin haalbaarheid van deze ingreep wordt aangetoond met behulp van de ontwikkelde technologie. Over het algemeen toont robotische assistentie zich als erg beloftevol voor subretinale chirurgie, en vormt mogelijks sterk toegevoegde waarde bij de uitvoering van cel- en gentherapie.

Het tweede deel van dit proefschrift bouwt verder op de eerder opgedane klinische ervaring, en probeert het gebied van de oogchirurgische robotica verder te ontwikkelen. Een perspectief op verdere technologische verbeteringen voor vitreoretinale chirurgen wordt voorzien, waarna er drie specifieke problematieken worden geïdentificeerd en aangepakt. Ten eerste wordt coöperatief herpositioneren van het RCM tijdens de ingreep behandeld. Een methode op basis van anatomisch-gemodelleerde haptische structuren wordt geïntroduceerd, waarvoor een bijkomend robotisch prototype werd ontwikkeld. Ten tweede wordt het verhogen van werkbereik binnen het oog en compatibiliteit met instrumentatie behandeld. De synthese van een verbeterd RCM mechanisme wordt beschreven, alsook een algoritme voor geoptimaliseerd kinematisch ontwerp. Hieruit volg een conceptueel herontwerp van de robotkinematica. Ten derde wordt het verbeteren van lokale perceptie van instrumentkrachten en afstand tot het retina behandeld. De ontwikkeling en karakterisering van een micronaald met geïntegreerde kracht- en afstandsmeting wordt beschreven, alsook een eerste in-vivo dierlijke haalbaarheidsproef.

Dit werk zet een voorwaartse stap op het pad richting robot-geassisteerde retinale behandelingen. Chirurgen werden in staat gesteld om het potentieel van robotische assistentie tijdens menselijk onderzoek te verkennen. Deze translationale inspanningen vormen aanzienlijke bijdragen aan het onderzoeksveld robot-geassisteerde chirurgie. Initiële resultaten zijn veelbelovend, en moedigen verdergezet klinisch onderzoek aan. Verder beschrijft dit werk onderzoeksbijdragen rond chirurgische robotica, haptische terugkoppeling, RCM mechanismen, kinematisch ontwerp, en sensor-geïntegreerde chirurgische instrumentatie.