Los sistemas de ciruga robótica pueden mejorar los resultados del paciente, pero los cirujanos no pueden sentir las suturas o tejidos involucrados. Investigadores de la Universidad Johns Hopkins están desarrollando retroalimentación visual y sensores de fuerza para crear un sistema de ciruga asistida-por-robot que permita a los cirujanos mejor sensación de las fuerzas que ocurren en el campo de operación. ©2006 Intuitive Surgical, Inc.La cirugía asistida-por-robot eleva a otro nivel la cirugía de invasión mínima. Los pacientes tienen menos dolor y cicatrización, menor sangrado, y tiempos de recuperación más rápidos. A diferencia de la cirugía convencional por laparoscopia, la cirugía robótica proporciona imágenes sin precedente, tridimensionales y altamente amplificadas del campo de operaciones, elimina movimientos temblorosos en las manos del cirujano, permite mayor libertad de movimiento en los instrumentos, y todo movimiento es intuitivo–cuando el cirujano dirige un instrumento en una dirección particular, se mueve en esa dirección.

Lo que falta es un sentido del tacto. Cuando los cirujanos operan por sí solos, sus manos brindan una retroalimentación táctil o háptica muy importante. Los cirujanos pueden saber si sus puntadas están demasiado apretadas y pueden dañar el tejido o si están bien. Durante la última década, varios grupos de investigación han comenzado a estudiar cómo incorporar retroalimentación táctil en los sistemas de cirugía robótica. Un grupo de la Universidad Johns Hopkins en Baltimore, MD, está colaborando con Surgical Intuitive en Sunnyvale, CA, fabricantes de un sistema de cirugía robótica llamado da Vinci, que modifica el sistema de tal manera que los cirujanos pueden sentir la delicada retroalimentación táctil que sienten al operar con sus manos.

“La retroalimentación háptica es necesaria para un sentido de tele presencia la sensación de que hay una conexión directa, no un robot, entre el cirujano y el paciente”, dice Allison Okamura, profesora asociada de Ingeniería Mecánica en Hopkins e investigadora principal en una beca de 4 años del Instituto Nacional de Imágenes Biomédicas y Bioingeniería (NIBIB por sus siglas en inglés).

Aunque los cirujanos que actualmente usan el sistema da Vinci no pueden sentir tejidos y suturas, sí usan sus ojos para calcular la rigidez de un nudo de sutura. Basándose en esta retroalimentación visual, el grupo de Hopkins está desarrollando una exhibición que recubre la imagen tridimensional del campo de operaciones. Pequeños puntos cambian de color dependiendo de la fuerza utilizada. Un punto rojo indica demasiada fuerza, un punto verde, sólo la suficiente. (Vea un video clip del mecanismo) “Este método puede llegar más rápido [que sensores de fuerza] a la sala de operaciones y no afectará el sistema de control del robot”, dice Okamura.

Un Rol en la Cirugía Cardiaca

Aunque todos los campos de la cirugía se podrían beneficiar de la retroalimentación háptica, la cirugía cardiaca es quizá la más beneficiada. El equipo de Okamura trabaja estrechamente con el cirujano David Yuh, de Johns Hopkins, en la creación de un sistema de cirugía robótica que proporciona la sensibilidad táctil requerida para la cirugía convencional de corazón. Debido a los diferente tipos y gran número de suturas usadas, los delicados tejidos involucrados, y la necesidad de un trabajo preciso y eficiente, la retroalimentación táctil es esencial. Según Yuh, los cirujanos que reciben retroalimentación de fuerza en estudios de laboratorio trabajan con mayor rapidez y confianza. Un sistema de cirugía robótica con retroalimentación háptica puede resultar en menos suturas rotas, fuerza aplicada con mayor consistencia, y nudos de sutura más resistentes.

“Algunas personas piensan que la retroalimentación no es importante y utilizan otros sentidos para juzgar la fuerza, pero ese juicio no necesariamente se aplica a nuevos usuarios del aparato”, dice Yuh. “Sin retroalimentación de fuerza, los sujetos dudan más y esto reduce su rapidez”. Aún cuando el robot da Vinci tiene autorización de la Administración de Alimentos y Drogas de los Estados Unidos (U.S. FDA) para ciertas operaciones cardiacas, como la reparación de la válvula mitral, no cuenta con autorización para todas las cirugías cardiacas. Debido a que los pacientes son conectados con frecuencia a máquinas de bypass, los cirujanos de corazón tienen lapsos de 1 a 2 horas para operar. “No se puede parar un corazón por mucho tiempo y esperar que funcione bien otra vez”, explica Yuh. Se pueden perder minutos preciados re-amarrando puntadas de sutura una y otra vez.

Para mejorar la retroalimentación a largo plazo, el equipo de Hopkins está explorando el uso de sensores de fuerza en los brazos del robot. Estos sensores podrían brindar retroalimentación táctil al cirujano, pero su desarrollo representa un gran reto. Para obtener mercado, los sensores deben ser biocompatibles, capaces de soportar el ambiente salino del cuerpo y choques eléctricos de instrumentos electro-cauterizantes cercanos, y resistir en un baño de vapor de alta presión a 150ºC durante la esterilización.

“Los sensores son el obstáculo”, dice Christopher Hasser, director de investigación aplicada en Intuitive Surgical e investigador co-principal de la beca del NIBIB. “Necesitamos un sensor de fuerza que pueda sobrevivir el ambiente y otorgar valor a un costo aceptable”. A pesar de los obstáculos técnicos, Hasser cree que si todo va bien los sensores podrán estar disponibles en unos 5 años.

Okamura está interesada también en modelar todo el sistema de robot para obtener un mejor cálculo de la fuerza que se le está aplicando al paciente. “En particular, necesitamos conocer las fuerzas aplicadas por el trocar [portal de instrumentos] en el sistema”, dice Okamura. Utilizando ecuaciones matemáticas, el grupo será capaz de analizar todas las fuerzas dinámicas, como la fricción y la inercia, presentadas por el robot. El grupo podrá determinar la fuerza aplicada al paciente al restar dichas fuerzas del modelo general. La siguiente fase de estudio ayudará a esclarecer estos aspectos.

Mejor Capacitación Quirúrgica

Además de mejorar las cirugías como tal, el sistema de cirugía asistida-por-robot, equipado con retroalimentación de fuerza, podrá servir también como una herramienta educativa importante. En lugar de seguir la práctica actual de enseñar a los estudiantes con pacientes vivos, los nuevos cirujanos podrán practicar en el laboratorio y ser calificados objetivamente acerca de su capacidad para realizar cirugías en vivo. La computadora del robot permite al sistema traducir los movimientos de la mano en información que puede evaluar la capacidad técnica. Los movimientos de un practicante se pueden comparar y evaluar con los de un experto utilizando algoritmos de computadora que reconocen el movimiento. “Esta es una herramienta maravillosa en la academia”, dice Yuh.

Referencias:

Abbott JJ, Okamura AM. Artefactos virtuales estables de región-prohibida para tele-manipulación bilateral. ASME J Dyn Syst Meas Control 128:53-64, 2006.

Kitagawa M, Dokko D, Okamura AM, Yuh DD. Efecto de la sustitución sensorial en fuerzas de manipulación de suturas para sistemas de cirugía robótica. J Thorac Cardiovasc Surg 129:151-158, 2005.

Okamura AM. Métodos para retroalimentación háptica en cirugía tele-operada asistida-por-robot. Ind Rob 31(6):499-508, 2004.

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