ניתוח במסלול תלת מימדי מעוקל

ד
ד"ר אורן זלצמן. צילום: הטכניון

אלגוריתם, שפותח בטכניון, מאפשר הובלה בטוחה בזמן ניתוח – של מחטים מעוקלות לרקמות נחבאות. הסבר: פעולות רפואיות רבות, כגון ביופסיה ושיגור ממוקד של תרופות אנטי-סרטניות לגידולים, מצריכות הובלה של מחט במסלול מעוקל, כדי לא לפגוע בדרך ברקמות רגישות שמאחוריהן מסתתר האיבר החולה

חוקרים מהטכניון ומאוניברסיטת צפון קרוליינה (UNC) פיתחו אלגוריתם המוביל מחטים ניתוחיות במסלולים תלת-ממדיים מעוקלים. החוקרים – ד”ר אורן זלצמן מהפקולטה למדעי המחשב ע”ש טאוב בטכניון, ופרופסורים רון אלטרוביץ’ ומנגיו פו מצפון קרוליינה – פרסמו את הפיתוח בכנס היוקרתי Robotics: Science and Systems שהתקיים לאחרונה במתכונת מקוונת.

פעולות רפואיות רבות, כגון ביופסיה ושיגור ממוקד של תרופות אנטי-סרטניות לגידולים, מצריכות הובלה של מחט בתוך הרקמה. מחטים ישרות יכולות “לעשות את העבודה” במקרה שהדרך הישרה מנקודת הכניסה אל רקמת היעד אינה עוברת דרך רקמות פגיעות; אולם במקרים רבים, רקמת היעד “מסתתרת” מאחרי עצם או רקמה פגיעה כלשהי, ואז נדרש המנתח לעקוף את המכשול – משימה קשה ומורכבת, בוודאי כשמדובר באזורים פגיעים ורגישים.

באיור (מאת הטכניון): שלושה מבטים על ביופסיה של הריאה בטכנולוגיה החדשה. המחטים (בירוק) נעות אל המטרה תוך עקיפה של מכשולים אנטומיים ובהם כלי דם גדולים (באדום), רקמת הריאה (באפור) והסמפונות (בחום) – הצינורות המחברים את קנה הנשימה לריאות.

בשנים האחרונות פותחו על רקע זה מחטים בעלות חוד משופע, הנשלטות על ידי דחיפה וסיבוב של בסיס המחט. הבעיה היא שהכוונתן של מחטים כאלה אינה פשוטה ואינטואיטיבית, וניהוגן הידני כרוך בסיכונים רבים. לשם כך פותחו “אלגוריתמים לתכנון תנועה” שמטרתם לכוון את המחט באופן מדויק ובטוח. אלגוריתמים אלה מפגינים יכולות מרשימות, ועדיין, מאחר שמדובר בתהליכים פולשניים, הדיוק הנדרש גבוה מאוד, אחרת מערכות אלה לא יקבלו אישור רגולטורי.

הפיתוח שהציגו שני החוקרים בכנס הוא אלגוריתם תכנון תנועה חדשני למחטים הניתנות לניהוג, והוא ממחיש את חשיבותם של מדעי המחשב בפתרון של בעיות הנוגעות לרפואה ולהנדסה ביו-רפואית. האלגוריתם החדש מחשב עבור המחט, על בסיס סריקות רלוונטיות כגון MRI או CT, את המסלול האופטימלי שיוביל אותה אל היעד תוך הימנעות מפגיעה במכשולים אנטומיים שונים. בניגוד לאלגוריתמים קיימים, אלגוריתם זה מספק “ערבות” (guarantee) שהמחט לא תפגע ברקמות אלה; במקרה שאין אפשרות לכניסה בטוחה כזו הוא יתריע על כך. יתר על כן, הוא מחשב את המסלול במהירות גבוהה יחסית לאלגוריתמים מתחרים ובשיעורי הצלחה גבוהים יותר. לדברי החוקרים, הטכנולוגיה שהוצגה בכנס מהווה פרדיגמה אלגוריתמית חדשה (new algorithmic foundation) הצפויה להוביל ליישומים נוספים בניהוג מחטים ניתוחיות.

ד”ר אורן זלצמן הצטרף לסגל הטכניון בקיץ 2019 אחרי פוסט-דוקטורט במכון לרובוטיקה באוניברסיטת קרנגי מלון. הוא ראש המעבדה לרובוטיקה חישובית (CRL) בפקולטה למדעי המחשב ע”ש טאוב. המחקר הנוכחי נתמך על ידי מכוני הבריאות האמריקאים (NIH) , משרד המדע והטכנולוגיה הישראלי והקרן הדו-לאומית למדע ארה”ב-ישראל (BSF).