La neurochirurgia, in particolare la craniotomia – l’apertura del cranio – è una procedura tanto delicata quanto invasiva. Fino ad oggi, i chirurghi erano costretti a impiegare strumenti meccanici per rimuovere sezioni ossee del cranio, causando non solo vibrazioni e rumore intensi ma anche un significativo stress psicologico nei pazienti. Operare pazienti svegli, infatti, permette ai neurochirurghi di monitorare in tempo reale le funzioni cerebrali durante l’intervento, fondamentale quando le aree coinvolte governano la parola, il movimento o altre funzioni critiche. Per pazienti con disturbi come il Parkinson, la stimolazione cerebrale profonda, o DBS (Deep Brain Stimulation), è una procedura essenziale, ma le condizioni attuali della craniotomia spingono molti pazienti a rinunciarvi. Come sottolinea il Dr. Achim Lenenbach, capo del dipartimento di tecnologia medica laser e biofotonica presso il Fraunhofer ILT, “a causa della stressante craniotomia da sveglio, molti pazienti rinunciano ancora alla procedura, nonostante il successo di questo metodo“.
La soluzione: un craniotomo laser silenzioso e privo di vibrazioni
Per rispondere a questa esigenza, Lenenbach e il suo team stanno sviluppando una procedura innovativa che riduca drasticamente il disagio dei pazienti svegli. La chiave di questa innovazione è l’utilizzo di un laser robot-assistito che sostituisce gli strumenti meccanici, permettendo di realizzare tagli ossei delicati e privi di vibrazioni. Questa tecnologia laser non solo garantisce craniotomie silenziose ma offre anche precisione senza precedenti, mantenendo le aree circostanti intatte grazie all’assenza di calore eccessivo.
Il sistema STELLA, sviluppato dal Fraunhofer ILT in collaborazione con il progetto europeo, integra un laser a impulsi brevi da 120 nanosecondi (ns) che abla il tessuto osseo in modo sicuro. Questo breve tempo di esposizione permette di evitare danni termici ai tessuti, garantendo bordi netti e privi di carbonizzazione, che favoriscono la guarigione ossea.
Verso una chirurgia senza contatto
L’adozione di una procedura laser priva di contatto presenta vantaggi sia per la sicurezza che per il benessere psicologico del paziente. Questa tecnologia potrebbe permettere un impiego più ampio della craniotomia da svegli, riducendo anche il rischio di lesioni meningee, una delle complicazioni più temute. “La DBS è usata con molto successo oggi per trattare la paralisi da tremore”, sottolinea Lenenbach, evidenziando come la tecnologia laser rappresenti un’evoluzione che apre nuovi orizzonti in neurochirurgia.
Un laser a stato solido per il taglio osseo preciso
Per aumentare l’efficienza e ridurre al minimo le possibili complicazioni, il team Fraunhofer ha ottimizzato il sistema integrando un laser a stato solido, un componente essenziale per la craniotomia da sveglio. Questo dispositivo emette impulsi a 100 ns nella gamma del medio infrarosso (circa 3 μm), una lunghezza d’onda assorbita efficacemente dal tessuto osseo, che permette di guidare il raggio in modo flessibile attraverso una fibra. Questa configurazione facilita l’uso con robot chirurgici, aprendo così la strada a un possibile utilizzo anche in contesti come la chirurgia spinale.
Controllo sensoriale e precisione grazie alla tomografia a coerenza ottica (OCT)
Un elemento cruciale per garantire la sicurezza del taglio laser è il sistema di monitoraggio integrato. Utilizzando la tomografia a coerenza ottica (OCT), il sistema STELLA sovrappone il raggio di taglio con un raggio di misurazione, che consente di monitorare la profondità e la posizione precisa del taglio, proteggendo le strutture sensibili sottostanti. “Per raggiungere questo obiettivo, il software valuta continuamente i segnali dei sensori, registrati in modo sincrono rispetto al processo, e trasmette i risultati al controllo in tempo reale del sistema chirurgico laser“, spiega Lenenbach. Questo controllo minuzioso della rimozione ossea garantisce che le meningi, il midollo spinale e altre strutture sensibili restino intatte, riducendo significativamente i rischi di lesioni.
Grazie a questa precisione, i chirurghi possono procedere con tranquillità e, una volta completato il taglio, possono rimuovere con facilità la sezione ossea senza danneggiare le aree circostanti.
Sviluppo e simulazione: il craniotomo laser in un ambiente virtuale
Durante la fase di sviluppo, il team ha impiegato una modellazione virtuale del craniotomo laser, che ha consentito loro di testare varie configurazioni e ottimizzare l’efficienza del sistema senza modificare l’hardware. La simulazione ha permesso di individuare componenti ottimali e testare l’integrazione con un sistema stereotassico automatizzato o con robot collaborativi. “La virtualizzazione è diventata uno strumento molto importante per noi per progettare e testare sistemi chirurgici basati su laser e avvicinarli gradualmente alla pratica clinica“, conclude Lenenbach.
