Com Raven, el robot quirúrgic de codi obert, podria canviar la medicina

  • 2019

Hi ha dos motius principals per què cap cirurgià del cor és perfecte: la visió i el moviment. A simple vista, simplement, no es pot veure tot a l'hora de reparar un cor en un cofre obert, i fins i tot les mans entrenades per un cirurgià no poden sentir-ho tot.

Robert Howe, professor del laboratori de bioròdics de Harvard, vol donar-los una assistència robòtica. Al laboratori, Howe i el seu equip estan provant un robot anomenat Raven destinat a ajudar els cirurgians a veure i navegar pel cor, guiant els seus instruments al lloc adequat per realitzar reparacions. El seu enfocament utilitza imatges d'ultrasò 3D per mostrar òrgans interns en temps real. "Fins fa poc, tots els escàners d'ultrasons produïen imatges de 2D 'tall' que no mostren prou del cor i els instruments per permetre que els cirurgians funcionin eficaçment", diu Howe. "Prenem les imatges volumètriques a mesura que són produïdes per l'escàner i s'aplica el programari de processament d'imatges ràpid que hem escrit per localitzar el teixit objectiu i l'instrument".

Howe no és l'únic científic que intenta utilitzar el corb per canviar la cirurgia. Blake Hannaford, un professor d'enginyeria elèctrica de la Universitat de Washington que participa en el projecte Raven, afirma que els investigadors de l'UW van construir l'estudi original de Raven per a la cirurgia telerobotica el 2005. Ara, han desenvolupat una nova versió, Raven II, que és més petita, té més destresa en les seves mans, i pot contenir eines quirúrgiques durant les operacions. Els investigadors de UW també van crear programari per treballar amb el Robot Operating System, un popular codi de robòtica de codi obert, de manera que els laboratoris poden connectar fàcilment el Raven a altres dispositius i compartir idees.

Enguany, els laboratoris de biorobòtics de tot el país van a veure el que Raven II pot fer: a més de Harvard, la Universitat Johns Hopkins, la Universitat de Nebraska-Lincoln, UCLA i UC Berkeley recentment van rebre Ravens. "Tots estan tractant diferents parts del problema i es basen en el treball de l'altra, no començant de zero i reinventant la roda cada vegada", diu Blake Hannaford, un professor d'enginyeria elèctrica de la UW que participa en el projecte.

Bots millors

Howe diu que els robots ja formen part de l'estàndard de cura del país per a alguns procediments quirúrgics, com ara la cirurgia de càncer de pròstata. "El principal benefici del sistema comercial actual del robot quirúrgic és que permeten una bona destresa quan es treballa amb petites incisions", diu Howe, referint-se al sistema quirúrgic da Vinci, controlat per la consola, aclarit per la FDA l'any 2000 per realitzar una cirurgia complexa amb mínims tècniques invasives.

Els robots d'avui, com el da Vinci, estan dissenyats per replicar el moviment humà i ajudar a la percepció humana. Però Gregory Hager, un professor d'informàtica de Johns Hopkins que s'especialitza en la visió per computadora i la robòtica, diu que la investigació de Raven significa que hi ha espai per créixer. El seu equip va rebre el sistema robot fa dues setmanes. "L'oportunitat és anar del que els humans poden fer, fer coses que són realment sobrehumanes", diu Hager. "I per fer una cirurgia sobrehumana, els robots necessitaran prou intel·ligència per reconèixer el que fa el cirurgià i oferir l'assistència adequada, configurar de manera remota zones sense volar per a la seguretat, superposar imatges, tot això baixant per la carretera".

Aquest és el tipus de cosa que els constructors de Raven-i els científics que ara estan provant les seves capacitats- tenen en ment. El programari Raven s'executa en una computadora de processament d'imatges d'alt rendiment, similar a la que es troba en una computadora de jocs de primera línia. Howe diu que els mateixos processadors gràfics que produeixen imatges de jocs d'alta qualitat són ideals per a imatges mèdiques en temps real. "Necessitem la potència de processament perquè les dades surten de l'escàner d'ultrasons a taxes molt altes", diu Howe. "I perquè les imatges d'ultrasons són inherentment sorolloses, hem d'utilitzar algoritmes sofisticats per fer un seguiment dels objectius a través del soroll".

El que un corvo pot fer

A Harvard, Howe i el seu equip utilitzen una sola direcció amb motor ràpid en el robot del laboratori per adaptar-se als moviments de cops del teixit del cor diana. Quan l'instrument quirúrgic arriba al teixit, un cercle de control es tanca al voltant d'ells, de manera que l'instrument es mou automàticament en paral·lel amb el moviment de les estructures del cor. "El cirurgià pot manar moviments relatius a la superació del teixit, sense preocupar-se pel moviment ràpid", diu. "Idealment, és com si el cirurgià estigui treballant en un cor fix".

Raven també podria substituir el lloc de les màquines del cor-pulmó, que circulen la sang durant les cirurgies invasives que requereixen aturar el cor. Són una tecnologia salvavides, diu Howe, però hi ha una evidència creixent de que el dispositiu pot produir efectes secundaris negatius, com ara un augment del risc d'accident vascular cerebral i disminució cognitiva general. "Encara que la majoria de les persones puguin preocupar-se per les grans incisions del pit, s'atura el cor que pot portar els riscos més grans", diu Howe. "Si la nostra tecnologia pot permetre reparacions dins del cor mentre continua bategant, no serà necessària la màquina del cor-pulmó i aquests riscos disminuiran".

L'equip d'Hager està investigant si els robots quirúrgics podrien fer operacions invasives com la cirurgia endoscòpica funcional del seno més segura. Aquest procediment que utilitza un endoscopi nasal per trobar i tractar pòlips nasals i inflamació dels sinus. És un procediment arriscat a causa de la proximitat dels senos als ulls i les estructures cerebrals clau.

"Quan aneu a fer una cirurgia com aquesta, els sins són una carretera al centre del cap i les estructures del cervell", diu Hager. "Però hi ha moltes mines terrestres a mesura que avança. Passeu els nervis òptics, passeu les artèries caròtides, passa un conjunt de nervis craniofacials que controlen el moviment de la cara".

La sagnia i les variacions anatòmiques poden dificultar la visió del cirurgià, i fer malbé aquestes estructures vitals poden provocar hemorràgies intracranials. La recerca amb el sistema Raven pot millorar els sistemes de navegació CT existents, que utilitzen imatges per identificar la ubicació 3D de la punta de l'endoscopi com a maniobres del cirurgià a través dels senos.

Si això funciona, diu Hager, els cirurgians no aniran constantment cap enrere i endavant entre un mapa de l'anatomia i el pacient a través de l'endoscopi. "Ja podeu imaginar si fa la cirurgia, si en algun moment necessiteu el mapa per a aquestes estructures, marqueu en aquesta imatge preoperatòria", diu. "Es pot superposar l'endoscòpic i es poden identificar totes aquestes estructures. Tot i que no puc veure l'artèria caròtida o el nervi òptic, queden darrere del teixit. Ara sé on es troben. Esteu fonent-los imatges al cap ".

I de cinc a deu anys a partir d'ara, diu Hager, els estudiants de medicina probablement usaran Raven com a eina de recerca. El sistema pot documentar mans expertes en suturar, dissecar i altres tasques quirúrgiques canòniques, el que li permet mesurar i qualificar les noves habilitats dels cirurgians a mesura que realitzen els mateixos procediments.

"La robòtica d'alguna forma en la cirurgia està aquí per quedar-se", diu Hager. "Exactament com es va a evolucionar és difícil de predir en aquest moment".

Vídeo.

Article Següent