Robot realiza cirugía de tejidos blandos con mínima ayuda humana

¿Qué pasaría si su próxima cirugía fuera planificada y realizada por un robot? Un equipo de la Universidad Johns Hopkins está trabajando para convertir esta idea en realidad.

El concepto de cirugía asistida por robot no es nuevo:ya se han desarrollado varios sistemas y se están utilizando para tratar pacientes humanos. Un ejemplo es el sistema quirúrgico da Vinci, un dispositivo laparoscópico con brazos robóticos que un cirujano controla de forma remota. Este sistema no es autónomo:el robot no realiza ninguna tarea quirúrgica de forma independiente.

Se han desarrollado otros sistemas robóticos con mayores niveles de autonomía, como el TSolution One ^® , que utiliza un robot para cortar con precisión el hueso de acuerdo con un plan especificado previamente.

Los sistemas robóticos autónomos existentes se han utilizado en gran medida para ayudar en cirugías que involucran tejidos duros, como perforar huesos para implantes de cadera o rodilla. Pero estos sistemas no se han utilizado para cirugías de tejidos blandos, que plantean desafíos únicos, como tener en cuenta los movimientos impredecibles de los tejidos que se producen cuando el paciente respira o las limitaciones de tamaño de los instrumentos quirúrgicos.

Ahora, los investigadores financiados por NIBIB están desarrollando un robot autónomo que puede realizar una cirugía intestinal con la asistencia mínima de un cirujano. Además, el robot superó a los cirujanos expertos cuando se comparó cara a cara en modelos preclínicos. Un estudio que detalla el desarrollo de este robot, que muestra la primera cirugía laparoscópica autónoma conocida de tejidos blandos, se publicó recientemente en Science Robotics .

"Los resultados quirúrgicos dependen en gran medida de la habilidad y la experiencia del cirujano, e incluso un punto perdido en una cirugía intestinal podría provocar una fuga interna e infección", dijo Moria Bittmann, Ph.D., Directora del programa en la División de Discovery Science &Technology. en el Instituto Nacional de Imagen Biomédica y Bioingeniería. “Este trabajo preclínico es un paso importante hacia la cirugía robótica autónoma en tejidos blandos, que podría proporcionar una mayor eficacia y seguridad en pacientes humanos, independientemente del cirujano”.

El robot, llamado STAR (por Robot autónomo de tejido inteligente), fue desarrollado por Axel Krieger, Ph.D., y sus colegas de la Universidad Johns Hopkins. Hasta el momento, el robot se ha desarrollado para realizar anastomosis intestinales, donde se cosen dos piezas de intestino delgado para formar una sola sección continua, bajo la supervisión y guía de un cirujano. Krieger explicó cómo el robot realiza el procedimiento:después de que el cirujano expone manualmente los bordes del tejido, STAR toma imágenes y desarrolla un plan para la colocación de suturas según la forma y el grosor del tejido. Una vez que el operador humano aprueba el plan, STAR une el tejido de forma independiente. Si el tejido se deforma o se mueve más allá de un umbral establecido, STAR le pregunta al cirujano si se debe crear un nuevo plan quirúrgico. Este proceso se repite hasta que el robot completa todo el procedimiento.

“Al incorporar nuevas herramientas de sutura, sistemas de imágenes, algoritmos de aprendizaje automático y controles robóticos, el sistema STAR está equipado para superar los desafíos de la cirugía laparoscópica autónoma en tejidos blandos”, dijo Krieger. “STAR puede visualizar una escena quirúrgica, generar un plan quirúrgico y luego ejecutar esos planes con gran exactitud y precisión”. Señaló, sin embargo, que STAR no pretende reemplazar a los cirujanos. “Los robots autónomos, como STAR, están diseñados para incorporarse al flujo de trabajo quirúrgico junto con los cirujanos, mejorando el desempeño de tareas precisas y repetitivas y, en última instancia, mejorando la consistencia quirúrgica de un paciente a otro”.

Para evaluar el desempeño de STAR en comparación con cirujanos expertos, los investigadores utilizaron tejidos intestinales "fantasmas" como sistema modelo. Se montó un intestino delgado sintético en una etapa lineal que se programó para moverse hacia adelante y hacia atrás, lo que simulaba los movimientos de respiración que ocurrirían durante la cirugía. Además, durante estos experimentos, el tejido fantasma se rotó y deformó al azar, lo que requirió que STAR o el cirujano hicieran una pausa, se reagruparan y completaran el procedimiento, dijo. STAR realizó el procedimiento en tejidos fantasma cinco veces, y cuatro cirujanos realizaron el procedimiento de dos maneras diferentes:dos veces con laparoscopia manual tradicional y dos veces con un sistema asistido por robot diferente.

En comparación con los cirujanos expertos, STAR cometió menos errores y fue más uniforme en cuanto al espacio y la profundidad de las suturas. Además, cuando los investigadores hicieron fluir líquido viscoso a través de los intestinos fantasma resecados, encontraron que el flujo era el más laminar (suave y aerodinámico) en los tejidos reconstruidos por STAR, lo que indica una anastomosis de mayor calidad que las realizadas por los cirujanos expertos.

Finalmente, se evaluó el desempeño de STAR en un modelo animal grande. Se realizó anastomosis intestinal en cinco cerdos. En cuatro de los animales, el procedimiento se realizó mediante STAR, y para el quinto animal, el procedimiento se realizó mediante laparoscopia manual tradicional. Al igual que en los experimentos fantasma, STAR cometió menos errores en comparación con el cirujano experto. Además, cuando los investigadores analizaron qué tan bien habían sanado los intestinos resecados siete días después de la cirugía, no hubo diferencias observables en la cicatrización de heridas entre los dos métodos quirúrgicos diferentes.

“Nuestros resultados indican que STAR es más consistente y preciso que los cirujanos expertos al realizar tareas de sutura”, dijo Krieger. Señaló que sus hallazgos demuestran el potencial de la robótica quirúrgica autónoma para democratizar la atención quirúrgica, lo que podría conducir a resultados más predecibles y consistentes para los pacientes.

“Si bien muchos pueden dudar en tener una máquina que realice una tarea especializada que tradicionalmente realiza un ser humano, los sistemas robóticos tienen el potencial de mejorar los resultados de los pacientes en entornos médicos”, dijo Krieger. “Al igual que el público ha acogido la afluencia gradual de funciones de control de crucero, asistencia de carril y estacionamiento automático en los automóviles, lo que eventualmente conducirá a automóviles autónomos, creo que veremos una progresión similar en el campo de la robótica médica. ”