Los bioingenieros del Hospital de Niños de Boston informan la primera demostración de un robot capaz de navegar de forma autónoma dentro del cuerpo. En un modelo animal de reparación de la válvula cardíaca, el equipo programó un catéter robótico para encontrar el camino a lo largo de las paredes de una paliza, sangre-llenó el corazón de una válvula con fugas, sin la guía del cirujano. Hoy informan sobre su trabajo en Ciencia Robótica .
Los cirujanos han utilizado robots operados por joysticks durante más de una década, y los equipos han demostrado que pequeños robots pueden ser conducidos a través del cuerpo por fuerzas externas como el magnetismo. Sin embargo, el investigador principal Pierre Dupont, PhD, jefe de Bioingeniería Cardiaca Pediátrica enBoston Children's dice que, hasta donde él sabe, este es el primer informe del equivalente de un automóvil sin conductor que navega hacia un destino deseado dentro del cuerpo.
Dupont prevé robots autónomos que ayudan a los cirujanos en operaciones complejas, reducen la fatiga y liberan a los cirujanos para que se concentren en las maniobras más difíciles, mejorando los resultados.
"La forma correcta de pensar en esto es a través de la analogía de un piloto de combate y un avión de combate", dice. "El avión de combate asume las tareas rutinarias como volar el avión, para que el piloto pueda concentrarse en lo más alto-tareas de nivel de la misión "
Visión táctil, informada por IA
El catéter robótico del equipo navegó usando un sensor táctil óptico desarrollado en el laboratorio de Dupont, informado por un mapa de la anatomía cardíaca y las exploraciones preoperatorias. El sensor táctil utiliza inteligencia artificial IA y algoritmos de procesamiento de imágenes para permitir que el catéter descubra dóndeestá en el corazón y adonde debe ir.
Para la demostración, el equipo realizó un procedimiento muy exigente desde el punto de vista técnico conocido como cierre de fuga aórtica paravalvular, que repara las válvulas cardíacas de reemplazo que comenzaron a gotear por los bordes. El equipo construyó sus propias válvulas para los experimentos. Una vez que el catéter robóticoAl llegar a la ubicación de la fuga, un cirujano cardíaco experimentado tomó el control e insertó un tapón para cerrar la fuga.
En ensayos repetidos, el catéter robótico navegó con éxito a las fugas de la válvula cardíaca en aproximadamente la misma cantidad de tiempo que el cirujano usando una herramienta manual o un robot controlado por un joystick.
Navegación biológicamente inspirada
A través de una técnica de navegación llamada "seguimiento de la pared", el sensor táctil óptico del catéter robótico muestreó su entorno a intervalos regulares, de la misma manera que las antenas de los insectos o los bigotes de los roedores muestrean sus alrededores para construir mapas mentales de entornos oscuros y desconocidos.El sensor le dijo al catéter si estaba tocando sangre, la pared del corazón o una válvula a través de imágenes de una cámara montada en la punta y qué tan fuerte estaba presionando para evitar que dañe el corazón que late.
Los datos de las imágenes preoperatorias y los algoritmos de aprendizaje automático ayudaron al catéter a interpretar las características visuales. De esta manera, el catéter robótico avanzó solo desde la base del corazón, a lo largo de la pared del ventrículo izquierdo y alrededor de la válvula con fugas hasta llegar alubicación de la fuga.
"Los algoritmos ayudan al catéter a determinar qué tipo de tejido está tocando, dónde está en el corazón y cómo debe elegir su próximo movimiento para llegar a donde queremos que vaya", explica Dupont.
Aunque el robot autónomo tardó un poco más que el cirujano en alcanzar la válvula con fugas, su técnica de seguimiento de la pared significó que tomó el camino más largo.
"El tiempo de navegación fue estadísticamente equivalente para todos, lo que creemos que es bastante impresionante dado que estás dentro del corazón latiente lleno de sangre y tratando de alcanzar un objetivo a escala milimétrica en una válvula específica", dice Dupont.
Agrega que la capacidad del robot para visualizar y detectar su entorno podría eliminar la necesidad de imágenes fluoroscópicas, que generalmente se utilizan en esta operación y exponen a los pacientes a radiaciones ionizantes.
¿Una visión del futuro?
Dupont dice que el proyecto fue el más desafiante de su carrera. Mientras que el especialista en cirugía cardíaca, que realizó las operaciones en cerdos, pudo relajarse mientras el robot descubría que la válvula tenía fugas, el proyecto era agotador para los ingenieros de Dupont, quienes a vecestuvo que reprogramar el robot a mitad de operación, ya que perfeccionaron la tecnología.
"Recuerdo momentos en que los ingenieros de nuestro equipo salieron del quirófano completamente agotados, pero lo logramos", dice Dupont. "Ahora que hemos demostrado una navegación autónoma, es posible mucho más".
Algunos intervencionistas cardíacos que conocen el trabajo de Dupont visualizan el uso de robots para algo más que la navegación, realizando tareas rutinarias de mapeo cardíaco, por ejemplo. Algunos imaginan que esta tecnología proporciona orientación durante casos particularmente difíciles o inusuales o ayuda en operaciones en partes del mundoque carecen de cirujanos altamente experimentados.
A medida que la Administración de Alimentos y Medicamentos comienza a desarrollar un marco regulatorio para dispositivos habilitados para IA, Dupont visualiza la posibilidad de que robots quirúrgicos autónomos en todo el mundo agrupen sus datos para mejorar continuamente el rendimiento a lo largo del tiempo, al igual que los vehículos autónomos enel campo envía sus datos de regreso a Tesla para refinar sus algoritmos.
"Esto no solo nivelaría el campo de juego, lo elevaría", dice Dupont. "Todos los médicos en el mundo operarían a un nivel de habilidad y experiencia equivalente al mejor en su campo. Este siempre ha sido elpromesa de robots médicos. La autonomía puede ser lo que nos lleve allí "
El estudio fue financiado por los Institutos Nacionales de Salud R01HL124020, con el apoyo parcial del programa ANR / Investissement d'avenir. Dupont y varios de sus coautores son inventores de la solicitud de patente de EE. UU. Del Boston Children's Hospital que cubre la ópticatécnica de imagen.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Boston Children's Hospital . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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