Clinical Research Insider

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Robótica e informática aplicada a cirugía

Guillermo Caletti, MD, PhD

Una innovación quirúrgica exitosa la podemos identificar cuando los pacientes que se benefician son un mayor número que con la técnica conocida, se aumenta la seguridad del procedimiento quirúrgico y se mejora la calidad de vida. Vivimos en una era en la que los resultados de los pacientes y las políticas presupuestarias para la atención médica son primordiales, por lo que los resultados postoperatorios se examinan cada vez con mayor cuidado y la investigación debe centrarse en los tratamientos más eficaces con respeto a la calidad de vida y la recuperación acelerada.

Ya son tres décadas del advenimiento de la cirugía mínimamente invasiva. Esta revolución ha cambiado radicalmente la práctica quirúrgica al combinar múltiples desarrollos tecnológicos como cámaras y microinstrumentos de alta definición, que entran en el cuerpo humano a través de pequeñas incisiones y así poder reemplazar los ojos y manos del cirujano. Dentro de las ventajas de la cirugía mínimamente invasiva podemos mencionar la reducción del traumatismo quirúrgico y las complicaciones relacionadas con la incisión, como infecciones del sitio quirúrgico, dolor y hernias, estancia hospitalaria reducida, regreso más temprano a las actividades diarias y un mejor resultado cosmético. Pero por otro lado, la Cirugía de Mínima Invasión requiere entrenamiento intenso y continuo del cirujano y su equipo de trabajo, ya que es técnicamente desafiante y antinatural para las percepciones visuales y hápticas. El monitor bidimensional (2D) reduce la percepción en profundidad y la coordinación mano-ojo, y los microinstrumentos producen una retroalimentación de fuerza reducida mientras manipula los tejidos. Las dificultades se amplifican cuando el cirujano se tiene que enfrentar con procedimientos quirúrgicos ya de por sí complejos.

La robótica y las ciencias de la computación han producido innovaciones para aumentar las habilidades del cirujano para lograr precisión y alta precisión durante cirugías complejas. Similar a la aeronáutica y al equipo militar, los cirujanos han sido provistos de herramientas que confieren capacidades que pueden reemplazar la falta de palpación física para identificar las estructuras objetivo, planos quirúrgicos y márgenes de resección.

Al igual que los pilotos de aviones, los cirujanos pueden entrenar con simuladores de realidad virtual (VR), que ofrecen entornos más inmersivos tridimensionales (3D) realistas, a través del desarrollo de modelos virtuales que se pueden utilizar para planificar y realizar el procedimiento quirúrgico virtualmente, antes de pasar a la operación real. Estos modelos virtuales 3D específicos pueden obtenerse del paciente a través de la tecnología DICOM (Digital Imaging and Communication in Medicine) por medio de la cual se obtienen imágenes usando un programa médico de realidad virtual. Se puede realizar una exploración anatómica y quirúrgica en un modelo virtual 3D; esta tecnología mejora la representación mental de los detalles anatómicos que podrían subestimarse con la práctica quirúrgica habitual. La estrategia quirúrgica se puede planificar y simular utilizando un modelo de paciente virtual; el modelo 3D puede incluso fusionarse con imágenes del paciente en tiempo real, proporcionando una herramienta de navegación intraoperatoria que resalta el objetivo, estructuras y variaciones anatómicas. 

El ojo quirúrgico aumentado puede ver por transparencia, a través de realidad virtual y aumentada. Puede ver lo invisible, a través de tecnología infrarroja o laparoendoscopios equipados con filtros de banda estrecha que brindan la capacidad de detectar estructuras invisibles. Esta tecnología permite la observación de lo infinitamente pequeño a través de sistemas endomicroscópicos y biopsias virtuales con examen histológico en tiempo real. La mano quirúrgica aumentada ha sido proporcionada por tecnologías robóticas que ofrecen telemanipulación mejorada para facilitar la Cirugía Mínimamente Invasiva. El cirujano está sentado en la consola principal y observa el campo quirúrgico a través de una cámara estereoscópica, que ofrece una visión ampliada de alta resolución. Los instrumentos quirúrgicos están guiados por interfaces hápticas que pueden replicar y filtrar los movimientos de la mano.

Uso de plataformas robóticas quirúrgicas

Un robot es un dispositivo mecatrónico (que combina mecánica, electrónica e informática) que se pueden programar para realizar tareas específicas o secuencias de tareas automáticamente, o se puede controlar manualmente a través de una computadora y / o interfaces mecánicas. La robótica se aplicó a la cirugía en la década de 1970 como un proyecto militar avalado por la Agencia Nacional de Aeronáutica y Administración del Espacio (NASA) y financiado por la Agencia de Investigación de Proyectos Avanzados para la Defensa (DARPA), con el objetivo de reemplazar la presencia física del cirujano y prestar atención a los astronautas en las naves espaciales o a los soldados en los campos de batalla. En caso de catástrofes naturales, los robots controlados a distancia podrían trabajar en cápsulas quirúrgicas protegidas.

La primera generación de robots en entrar en funcionamiento

A partir de la investigación inicial financiada por DARPA, se desarrollaron dos telemanipuladores quirúrgicos principales, el sistema Zeus®, aprobado por la Administración de Drogas y Alimentos de los Estados Unidos, y posteriormente el sistema quirúrgico da Vinci®. Se pueden observar algunas diferencias entre el Sistema quirúrgico Da Vinci® en comparación con el robot Zeus® desde el punto de vista del paciente, incluida una plataforma compacta moviéndose sobre ruedas, equipado con tres (inicialmente) o cuatro (versiones mejoradas) brazos operativos robóticos, que pueden estar acoplados alrededor de la mesa de operaciones. La principal mejora comparada con el robot Zeus® está en la consola del cirujano, dotada con una cámara inmersiva 3D estereoscópica, que ofrece una vista ampliada diez veces y es controlada por el cirujano, para una navegación estable y precisa. Los mangos ergonómicos reproducen los movimientos de la mano humana más intuitivamente usando tecnología Endowrist®. El sistema robótico quirúrgico Da Vinci® es un asombroso concentrado de tecnología.

La última generación, a saber, el sistema Da Vinci Xi™, lanzado en 2014, es menos voluminoso y sus brazos están dispuestos más ergonómicamente. Sin embargo, todavía tiene importantes inconvenientes técnicos, como la falta de retroalimentación de fuerza. Cada vez hay más competidores potenciales en diferentes etapas de desarrollo. Algunos han desarrollado plataformas competitivas para cirugías generales basadas en una arquitectura global similar. Otros están trabajando en plataformas miniaturizadas. Lo que se ha mostrado hasta ahora sobre el potencial de las plataformas quirúrgicas robóticas es simplemente la punta del iceberg. El verdadero alcance de la robótica en el desarrollo de la plataforma quirúrgica y, lo que es más importante, las principales empresas involucradas, permanecen confidenciales.

Plataformas robóticas todo en uno que parecían potenciales competidores de Da Vinci® estaban siendo desarrollados por Titan Médico (Toronto, Ontario, Canadá). El Amadeus Composer™ (equipado con instrumentos articulados diseñado para cirugía en espacios restringidos en torácica, cirugía pélvica y de oído, nariz y garganta) y Amadeus Maestro™ (4 brazos) presentó una retroalimentación háptica con tecnología patentada (Titan True Touch Technology™). Sin embargo, el desarrollo de estos prototipos, pues había una configuración muy similar a la del Da Vinci®, se ha detenido recientemente, principalmente por posibles infracciones de patentes, y la empresa ahora está produciendo un especial dispositivo robótico de acceso único.

Telecirugía, cirugía en el espacio y cirugía automática

Una característica única de las plataformas robóticas quirúrgicas es la posibilidad de tener control de forma remota, lo que permite telecirugía, rompiendo la tradición de la presencia física del cirujano. Pero existen limitaciones en la actualidad, ya que un componente fundamental para una telecirugía eficaz es la velocidad de transmisión de datos; la latencia en la transmisión de datos limita la telemanipulación a una distancia de unos pocos cien kilómetros. La latencia de la red afecta el rendimiento quirúrgico de manera exponencial; un breve retraso en los datos de transmisión (250 ms) aumenta significativamente el tiempo necesario para completar las tareas quirúrgicas en comparación con los tiempos reales. Sin embargo, los expertos dicen que se pueden realizar ejercicios quirúrgicos con una tasa de error aceptable, incluso con retrasos de hasta 1000 ms.

En septiembre de 2001, la Operación Lindbergh (consistió en una Colecistectomía con Cirugía de Invasión Mínima) fue el primer procedimiento quirúrgico transatlántico cubriendo la distancia entre Nueva York (EE. UU.) y Estrasburgo (Francia). Esta cirugía se realizó en colaboración con France Telecom, utilizando una conexión de fibra óptica de alta velocidad con un promedio de retraso de 155 ms. La operación Lindbergh se considera un hito en el mundo de la telecirugía ya que hace posible brindar atención quirúrgica a los astronautas o durante exploraciones espaciales a distancias extremas, en el que la tripulación espacial tendría que ser autosuficiente en el manejo de emergencias quirúrgicas. Los principales problemas para resolver están relacionados con la transmisión de datos a distancia cósmica, condiciones y equipos de gravedad reducida, que deben ser ligeros y portátiles, calidad y velocidad de las transmisiones basadas en web, con retardos de señal de aproximadamente 400 ms aceptables para la telecirugía que se practicará en toda la Tierra, sin embargo, se requieren telecomunicaciones más avanzadas para llevar a cabo la telecirugía en lugares extremadamente remotos, como en el caso del espacio.

Las transmisiones por satélite se propagan a la velocidad de la luz (300 000 km / s), lo que significa que casi no hay retraso para las estaciones espaciales en órbita y un retraso de 1 s para la distancia entre la Tierra y la Luna. Esto significa que la telecirugía controlada desde la Tierra aún sería factible teóricamente. Para distancias más grandes (La distancia entre la Tierra y Marte es de aproximadamente 72 millones de kilómetros), el retraso de la señal es de unos 6 minutos, lo que significa que ningún procedimiento en tiempo real podría telecontrolarse de forma eficaz sin poner en riesgo la vida del paciente.

La telementoría terrestre tampoco sería efectiva con un retraso por arriba de 60 s; en consecuencia, un cirujano capacitado necesitaría estar a bordo de una nave espacial más allá del retraso de 1 minuto. Ya se demostró la viabilidad de la cirugía de gravedad cero, en 2006, con la extirpación abierta de un quiste en un paciente humano a bordo de la Agencia Espacial Europea Airbus A-300 Zero-G y la viabilidad de la laparoscopia se ha demostrado con la cirugía en ingravidez en un cerdo. En 2007, se realizó la primera prueba con telecirugía en ingravidez utilizando un dispositivo robótico ligero y portátil, el M722, desarrollado por Stanford Research International (Menlo Park, California, EE. UU.), en la aeronave C-9 de la NASA. El mismo año, se repitió la prueba con el Raven, un dispositivo robótico de 22 kg con dos brazos, integrando mandos de larga distancia, desarrollado por la Universidad de Washington. Una posible solución para superar cualquier límite de la telecirugía y cualquier retraso en las comunicaciones Tierra-nave espacial puede ser la automatización del procedimiento quirúrgico a través de la interfaz del robot. Parece ciencia ficción pero actualmente se encuentra en desarrollo.

Conclusión

La vista ampliada, ergonomía y destreza mejoradas que ofrecen las plataformas robóticas podrían facilitar la adopción de procedimientos mínimamente invasivos, especialmente para procedimientos quirúrgicos complejos. Algunas cirugías seleccionadas (esofagectomía, bypass gástrico, pancreático y hepático, resecciones, resección rectal por cáncer, etc.) pueden beneficiarse de la utilización  de asistencia robótica. Sigue siendo un inconveniente la necesidad de mayores costos por el uso de la asistencia robótica, pero es probable que disminuyan con las próximas plataformas robóticas quirúrgicas de los competidores así como la expansión de su uso. La telecirugía todavía se considera un campo para el futuro dados los importantes desafíos técnicos. Sin embargo, los beneficios potenciales de la telecirugía se han vuelto más claros con programas de telementoring. La investigación sobre aplicaciones extremas como en misiones espaciales y proyectos militares podría ser la base para futuros desarrollos en cirugía robótica. La guía de imágenes para complementar los procedimientos asistidos por robot, a través de los conceptos de realidad aumentada, representa la gran revolución para aumentar la seguridad y hacer frente a dificultades asociadas con enfoques mínimamente invasivos.

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