Cirujanos Robóticos: Cirugía de Tejidos Blandos con Mínima Intervención Humana

¿Y 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: varios sistemas ya han sido desarrollados y se usan para tratar pacientes humanos. Un ejemplo es el sistema quirúrgico da Vinci, un dispositivo laparoscópico con brazos robóticos controlados remotamente por un cirujano. Este sistema no es autónomo, el robot no realiza ninguna tarea quirúrgica independientemente.

Otros sistemas robóticos con niveles más altos de autonomía han sido desarrollados, como el TSolution One®, que usa un robot para cortar hueso con precisión según un plan preespecificado.

Los sistemas robóticos autónomos existentes se han usado principalmente para asistir en cirugías que involucran tejidos duros, como taladrar hueso para implantes de cadera o rodilla. Pero estos sistemas no se han usado para cirugías de tejidos blandos, que plantean desafíos únicos, como tener en cuenta los movimientos impredecibles de los tejidos que ocurren cuando el paciente respira, o limitaciones de tamaño de las herramientas quirúrgicas.

Ahora, investigadores financiados por NIBIB están desarrollando un robot autónomo que puede realizar cirugía intestinal con asistencia mínima de un cirujano. Además, el robot superó a 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 de tejidos blandos conocida, fue publicado recientemente en Science Robotics .

"Los resultados quirúrgicos dependen altamente de la habilidad y experiencia del cirujano, e incluso un punto perdido en una cirugía intestinal podría llevar a fugas internas e infección", dijo Moria Bittmann, Ph.D., Directora de Programa en la División de Ciencia del Descubrimiento y Tecnología en el Instituto Nacional de Imágenes Biomédicas y Bioingeniería. "Este trabajo preclínico es un paso importante hacia la cirugía robótica autónoma en tejidos blandos, lo que podría proporcionar mayor eficacia y seguridad en pacientes humanos, independiente del cirujano."

El robot, llamado STAR (Robot Autónomo de Tejidos Inteligentes), fue desarrollado por Axel Krieger, Ph.D., y sus colegas en la Universidad Johns Hopkins. Hasta ahora, el robot se ha desarrollado para realizar anastomosis intestinal, donde dos piezas de intestino delgado se cosen juntas 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 basado en la forma y grosor del tejido. Una vez que el operador humano aprueba el plan, STAR cose independientemente el tejido junto. Si el tejido se deforma o se mueve más allá de un umbral establecido, STAR 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 herramientas de sutura novedosas, 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 alta precisión y exactitud." Sin embargo, señaló que STAR no está destinado a reemplazar a los cirujanos. "Los robots autónomos, como STAR, están diseñados para incorporarse al flujo de trabajo quirúrgico junto a los cirujanos, mejorando el desempeño de tareas precisas y repetitivas y, en última instancia, mejorando la consistencia quirúrgica de paciente a paciente."

Para evaluar qué tan bien se desempeñó STAR comparado con cirujanos expertos, los investigadores usaron tejidos intestinales "fantasma" como sistema modelo. Un intestino delgado sintético fue montado en una etapa lineal programada para moverse hacia adelante y hacia atrás, simulando movimientos de respiración que ocurrirían durante la cirugía. También, durante estos experimentos, el tejido fantasma fue rotado y deformado aleatoriamente, requiriendo que STAR o el cirujano pausaran, 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 usando laparoscopia manual tradicional, y dos veces usando un sistema diferente asistido por robot.

Al compararse con los cirujanos expertos, STAR tuvo menos errores y fue más consistente en el espaciado y profundidad de las suturas. Además, cuando los investigadores hicieron fluir líquido viscoso a través de los intestinos fantasma reseccionados, encontraron que el flujo era el más laminar (suave y aerodinámico) en los tejidos reconstruidos por STAR, indicando una anastomosis de mayor calidad que las realizadas por los cirujanos expertos.

Finalmente, el desempeño de STAR fue evaluado en un modelo animal grande. La anastomosis intestinal se realizó en cinco cerdos. En cuatro de los animales, el procedimiento se realizó vía STAR, y para el quinto animal, el procedimiento se realizó vía laparoscopia manual tradicional. Similar a los experimentos fantasma, STAR cometió menos errores comparado con el cirujano experto. Además, cuando los investigadores analizaron qué tan bien habían sanado los intestinos reseccionados siete días después de la cirugía, no hubo diferencia observable en la curación 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 llevar a resultados de pacientes más predecibles y consistentes.

"Si bien muchos pueden sentirse dudosos sobre tener una máquina realizar una tarea especializada que tradicionalmente realiza un humano, los sistemas robóticos tienen el potencial de mejorar los resultados de pacientes en entornos médicos", dijo Krieger. "Al igual que el público ha abrazado la afluencia gradual de control de crucero, asistencia de carril y funciones de autoestacionamiento en automóviles, que eventualmente llevarán a autos autónomos, creo que veremos una progresión similar en el campo de la robótica médica."