Las exigencias de la sociedad moderna y las amenazas actuales de pandemias requieren tecnologías de tratamiento fundamentalmente nuevas. El uso de robots en medicina -la cirugía robótica- es la dirección que proporciona dicha tecnología. La cirugía robótica como nueva tendencia en cirugía, de probada eficacia médica, se está desarrollando e implantando activamente en clínicas de todo el mundo. Muchos países tienen programas estatales que estimulan la introducción de la cirugía robótica, se están creando institutos especiales y centros de desarrollo, y se está formando una cooperación internacional. Aunque la introducción de esta tecnología en la medicina ha sido más lenta que en otros campos, el impacto puede ser enorme: la robótica en la terapia puede ayudar a reducir los errores humanos, acortar los tiempos de recuperación y reducir las estancias en el hospital, mejorando en última instancia la calidad de vida de los pacientes.
Cirugía robótica: esencia, avances significativos y beneficios
Cirugía robótica: pasar al siguiente nivel en operaciones basadas en los nuevos principios de interacción a distancia entre el cirujano y el paciente y las nuevas tecnologías quirúrgicas robóticas.
Los avances tecnológicos de la cirugía robótica en los últimos años:
- realizar la cirugía a distancia de la mesa de operaciones por un cirujano sentado en una postura cómoda que le permite estar menos cansado y, en consecuencia, más concentrado y atento,
- superando la barrera causada por las habilidades fisiológicas de las manos del cirujano: la cirugía robótica puede eliminar los temblores y mejorar la precisión de la mano,
- La cámara 3B permite al cirujano aislar y ver un campo quirúrgico lo más pequeño posible, lo que abre la posibilidad de realizar trabajos prácticos con pequeños órganos, vasos, terminaciones nerviosas, etc. La cirugía robótica ha sido aceptada por la comunidad quirúrgica mundial y se está desarrollando activamente. Además de estos avances, la introducción de la cirugía robótica ofrece importantes beneficios en todos los niveles de las organizaciones de atención quirúrgica. Para el paciente:
- Traumatismo mínimo en los órganos y la piel durante la cirugía,
- Baja probabilidad de complicaciones después de la cirugía,
- pérdida de sangre mínima,
- Preservación de haces de nervios, grandes vasos, órganos separados,
- Preservación de las funciones vitales, que antes era imposible,
- tiempo mínimo de permanencia en la clínica y rápida recuperación. Para el cirujano:
- La precisión de operar un instrumento quirúrgico - antes no disponible, hasta el tamaño de las células,
- el uso de microinstrumentos,
- fácil acceso al campo operatorio. Para la clínica:
- Complicaciones posoperatorias reducidas,
- Reducir la duración de la estadía de un paciente en la clínica, aumentar la rotación de camas,
- implementación de tecnologías digitales, aumentando el prestigio y atractivo de la clínica, aumentando la afluencia de pacientes. Para el estado:
- Desarrollo de nuevas tecnologías digitales en el cuidado de la salud, incluida la inteligencia artificial,
- Ahorro significativo y optimización del uso de camas,
- implementación de las tecnologías más avanzadas y eficientes para la atención al paciente.
Cirujanos de hierro
La mayoría de los cirujanos robóticos no son robots en el sentido clásico de la palabra. No son independientes y actúan según órdenes, repitiendo movimientos humanos. Dicho esto, la robótica quirúrgica comenzó específicamente con máquinas programables y solo luego cambió de dirección.
De la historia
En 1985, se utilizó un robot por primera vez cuando un hombre de 52 años fue manipulado en un escáner de tomografía computarizada para abrir su cráneo y tomar una muestra de tejido. En esta operación, los cirujanos fueron asistidos por un brazo PUMA 200 construido para uso en las líneas de montaje de General Motors. El componente industrial era necesario para posicionar y sujetar con precisión el tubo guía a través del cual se insertaba la aguja. La operación terminó sin problemas, pero el fabricante del robot prohibió el uso de PUMA en la cirugía. Puede deberse a riesgos reputacionales y legales.
ROBODOC
Al año siguiente, el veterinario Howard "Hap" A. Paul y el ingeniero William Bargar, junto con especialistas de IBM, pusieron en marcha el desarrollo de un robot para la endoprótesis articular. En el pasado, los implantes se colocaban con cemento acrílico. Pero este material se deterioraba con el tiempo, y los pacientes tenían que volver a pasar por el quirófano. A mediados de los años 80, apareció una alternativa: los implantes porosos. El hueso se fusiona con ellos, y la nueva articulación sirve durante décadas. Cuanto más tiempo, menor es el hueco y más precisa es la inserción. Para hacer muescas en el hueso para la colocación de los implantes, Paul y Bargar inventaron ROBODOC, por Robocop. El ROBODOC se probó primero en perros con lesiones de cadera y luego en humanos bajo la supervisión de la Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA). Estructuralmente, el Robodoc es un brazo SCARA de 5 ejes con un cabezal de corte, un sensor de presión de 6 ejes y un sistema de suministro de agua para la refrigeración y la eliminación del polvo acoplado al extremo de la península. ROBODOC consiguió un corte de alta precisión de hasta 0,5 mm. Como resultado, el robot cortó sólo un 0,54% más de tejido del necesario. Y ello a pesar de que los cirujanos retiraron manualmente alrededor de un 30% más de hueso al colocar el implante. A pesar de los resultados positivos, los ensayos clínicos se retrasaron. En 1994, ROBODOC se convirtió en el primer robot quirúrgico autorizado en el mercado de la UE, pero el uso de la máquina se detuvo pronto debido a una serie de accidentes. Las revisiones y nuevas pruebas no terminaron hasta 2008. Sólo entonces ROBODOC recibió finalmente la aprobación de la FDA. Fue el único sistema quirúrgico programable certificado en Estados Unidos durante un largo periodo.
Cirujanos militares
Por primera vez en el ámbito militar de la robótica médica, más concretamente, el concepto de telecirugía interesó a los ingenieros de la agencia de defensa estadounidense DARPA. La idea parecía muy prometedora. Utilizando un robot con mando a distancia, los cirujanos podrían operar a los heridos no muy lejos del frente sin distraerse con las balas que zumbaban sobre sus cabezas. DARPA financió la investigación en telecirugía durante diez años, hasta la década de 1990. Resultó que con más de 200-300 ms de retraso en la señal, la cirugía se vuelve difícil, y a 700 ms, muy pocos cirujanos pueden realizar sus tareas. Entonces los militares decidieron que no podían proporcionar la velocidad de comunicación necesaria y congelaron el programa. Uno de los seguidores de DARPA fue Yulun Wang, un candidato a doctor de la Universidad de California en Santa Bárbara. En 1992, diseñó el AESOP, un laparoscopio robótico. Dos años después, este dispositivo recibió el control por voz. Ahora las cirugías laparoscópicas podían realizarse sin la ayuda de un asistente en vivo, abrió Computer Motion, Inc. Así apareció el primer actor serio en el mercado de la robótica quirúrgica. La FDA aprobó la venta de AESOP en 1994, y en 1995 Computer Motion, empresa fundada por Wang, empezó a probar ZEUS, un nuevo sistema quirúrgico. Otro seguidor fue el estudiante del MIT Akhil Madhani, que en 1993, con la ayuda del profesor Kenneth Salisbury, montó el telemanipulador Black Falcon. Este diseño se convirtió en la base de los manipuladores de la primera generación del cirujano robótico da Vinci. Al principio, da Vinci se anunciaba como un dispositivo especializado para la delicada cirugía cardíaca. Sin embargo, los urólogos y ginecólogos, que tenían que trabajar en una cavidad pélvica estrecha y llena de varios órganos, se interesaron por el robot. La FDA autorizó entonces da Vinci para la cirugía pélvica mínimamente invasiva. Desde entonces, este cirujano robótico sigue siendo el más popular, y varios sistemas nuevos copian su diseño. A 31 de marzo de 2021, Intuitive Surgical ya había instalado 6.142 generaciones diferentes de robots en todo el mundo. La lista de procedimientos en los que se utiliza da Vinci sigue creciendo.
Razones de la popularidad
El uso del robot contribuye a acortar el periodo de rehabilitación y permite a los pacientes irse a casa dos días después de la operación y casi sin cicatrices. En comparación, tras la cirugía convencional, pasaban semanas en el hospital antes de recibir el alta. Además, al operar sin robot, los movimientos del cirujano están muy restringidos; no puede llevar el instrumento al objetivo en un ángulo arbitrario y tiene que utilizar herramientas adicionales para compensar. El médico tiene que observar el procedimiento con una cámara laparoscópica, lo que supone una visión pobre y una imagen plana y bidimensional. Todo esto hace que procedimientos relativamente sencillos, como la sutura y el anudado, sean muy difíciles. Los robots pueden hacer las mismas cosas, pero son mucho más fáciles de manejar que los instrumentos laparoscópicos. El cirujano trabaja con los manipuladores da Vinci como si sus manos estuvieran dentro del paciente. El robot elimina el efecto del punto de atención y le permite utilizar las habilidades que aprende durante las cirugías abiertas. Hay ventajas adicionales. El robot filtra los movimientos del cirujano y reduce las sacudidas de los instrumentos, incluso en comparación con la cirugía abierta. Además, da Vinci escala las actividades, como 2 a 1 - convirtiendo cada dos centímetros de movimiento del brazo del cirujano en un centímetro de movimiento del manipulador.
Las deficiencias del da Vinci
En más de 20 años de práctica clínica, el da Vinci se ha ganado la reputación de ser una máquina bien pensada y segura, pero el robot está lejos de ser perfecto. Los ingenieros tuvieron que hacer muchos compromisos en su diseño.
- Pobre precisión. No puedes controlar los movimientos de los brazos porque los sensores están del lado del motor. Además, los cables se desplazan y rozan contra la cubierta de polímero cada vez que el robot se mueve. Y cuanto menor es el radio de curvatura de la línea, mayor fricción hay. Es difícil compensar esto programáticamente, especialmente si está tratando de mantener los movimientos fluidos. Por eso da Vinci no puede ser un cirujano robótico autónomo. La precisión de la mecánica del robot es de unos 2 mm y el error al devolver repetidamente el instrumento al mismo punto es de aproximadamente 1 cm. El cirujano supervisa constantemente esto y corrige los movimientos.
- Volumen de trabajo y fuerza desigual. Tenga en cuenta que la precisión, como la fuerza del robot, no es constante. Dependen no solo del número de articulaciones y la movilidad, sino también de la posición de los manipuladores en el espacio.
- Comentarios limitados. Otra desventaja importante es que los brazos robóticos no proporcionan respuesta táctil. Durante la cirugía abierta convencional, el cirujano depende en gran medida del tacto, por ejemplo, para distinguir un tipo de tejido de otro o para apretar suavemente una sutura. Da Vinci priva al cirujano de este sentido. Este inconveniente lo notan casi todos los que critican el sistema. El robot puede ejercer más fuerza en un punto que en otro. Lo mismo es válido para la precisión de posicionamiento. Algunos problemas son más inexactos que otros.
- Duración de las operaciones. Los estudios muestran que las cirugías asistidas por robot son más rápidas en promedio que las cirugías abiertas pero más largas que las cirugías laparoscópicas convencionales. Y a medida que aumenta la duración, también lo hacen los riesgos: el paciente permanece más tiempo bajo anestesia general y los tejidos absorben más dióxido de carbono.
- Costo. Los cirujanos robóticos modernos cuestan alrededor de $ 2 millones, pero sus ventas le dan a la compañía solo más del 30 por ciento de las ganancias. El resto proviene de suministros de herramientas y mantenimiento. Los consumibles son costosos. Por el precio de una pinza robótica, puede comprar varios instrumentos laparoscópicos tradicionales para cientos de cirugías. Para alcanzar el punto de equilibrio después de comprar un robot da Vinci, necesitaría de 150 a 300 cirugías robóticas cada año durante seis años. La cirugía robótica en los EE. UU. cuesta de $3000 a $6000 más que la cirugía convencional. Por lo tanto, los administradores de hospitales no están interesados en dejar que un robot permanezca inactivo. En los EE. UU., los pacientes a menudo son "empujados" someterse a una cirugía robótica, aunque las convencionales son más baratas y pueden ser mejores desde el punto de vista médico.
Cuál es la dificultad para desarrollar cirujanos robóticos
Muchos cirujanos observan una falta de claridad en las imágenes, lo que significa la necesidad de actualizar las cámaras. Además, se cree que ya se pueden crear cirujanos robóticos mucho mejores con la tecnología estándar. Aun así, el mercado está dominado por un sistema que no ha cambiado fundamentalmente en 20 años. La razón principal es que se trata de un duro reto de ingeniería. El robot quirúrgico ideal debe ser preciso, ágil, rápido, capaz de realizar movimientos delicados, ejercer una gran fuerza y agarrar y levantar pesos de forma fiable. Las características requeridas están interrelacionadas, y conseguir todo a la vez es una tarea compleja y desafiante. Por ejemplo, la precisión de un robot. Depende de varios factores. He aquí una lista parcial: el diseño y el peso del brazo, las holguras y el juego, la tensión del cable, la fricción, la resolución del sensor, los errores de cálculo, la calidad de los componentes e incluso la temperatura de la sala de operaciones. Y todos estos factores interactúan entre sí. Otro ejemplo es la rigidez estructural. Aumenta la precisión, pero mejora el tamaño y el peso del brazo. Aumenta la inercia, por lo que el robot se mueve más lentamente y va por detrás del cirujano. Es difícil, si no imposible, hacer que un robot sea bueno en todo. Los ingenieros tienen que maniobrar entre requisitos contradictorios, lo que inevitablemente conduce a compromisos. Las condiciones en las que trabaja un cirujano robótico no lo hacen verdaderamente autónomo. Dentro de un organismo vivo, todo se deforma y cambia de forma. A pesar de la calefacción incorporada, la cámara se ensucia y se empaña durante la cirugía. La programación de un cirujano robótico tampoco es una tarea fácil. Complejos cálculos están detrás de la aparente facilidad con la que se transmiten los movimientos humanos al robot. Sobre todo, son esenciales para determinar la posición correcta del robot. Además, hay que calcular la velocidad de cada actuador para que el brazo no sobrepase una trayectoria segura y no perjudique al paciente. Para reducir las oscilaciones de los instrumentos, se aplican aceleraciones y desaceleraciones suaves. Un solo fallo en un cirujano robótico puede costar la vida de una persona. Así que la regla de oro generalmente aceptada aquí es que cuanto más sencillo sea el diseño, mejor. Los ingenieros tienen un exceso de confianza y rara vez utilizan una tecnología prometedora pero no probada o inmadura. Los cirujanos robóticos se someten a innumerables pruebas y ensayos antes de operar a seres humanos. El proceso se prolonga durante años, lo que dificulta y encarece aún más el desarrollo. Y si se venden los robots en cualquier lugar fuera de Estados Unidos, hay que obtener permisos en cada país. Esta es la razón principal por la que el 71% de las ventas de robots siguen produciéndose en Estados Unidos, mientras que sólo el 15% de las ventas se realizan en Europa y el 10% en Asia. Un reto importante es demostrar que el robot es beneficioso desde el punto de vista médico. Nadie discute que da Vinci hace más accesible el trabajo de los cirujanos, pero no es un hecho que la máquina sea útil para el paciente. Los beneficios no son evidentes, y a menudo no hay pruebas de que un robot sea mejor para un tipo concreto de cirugía que los instrumentos laparoscópicos convencionales.
El mercado de la cirugía robótica: resultados, tendencias y perspectivas de crecimiento
A pesar de todas las dificultades, el mercado de la cirugía robótica se caracteriza por ser un mercado en rápido crecimiento. Durante los últimos 8 a 10 años, ha estado creciendo a un promedio de 15-18% por año. El volumen de cirugías realizadas con un robot quirúrgico está aumentando entre un 18 y un 21 % al año. En 2019, se realizaron aproximadamente 1,2 millones de procedimientos quirúrgicos robóticos en todo el mundo. Durante todo el período en que se introdujo la cirugía robótica, los números fueron:
- Se realizaron 7 200 000 cirugías con un robot quirúrgico,
- 5500 robots da Vinci vendidos.
El pronóstico de la cirugía robótica
- La base global instalada de robots quirúrgicos aumentará más de 4,5 veces en 2030 en comparación con 2017.
- El crecimiento quirúrgico será impulsado tanto por un aumento en la base instalada como por un aumento en la utilización: de 200 cirugías por año por robot a 309 cirugías en 2030.
- Se espera que funcione en 2030. Cinco millones de cirugías en 20 000 robots instalados corresponden a un promedio de 1 cirugía por día por robot.
Perspectivas de la cirugía robótica en todo el mundo
En todos los países económicamente avanzados, existe interés y crecimiento en la adopción de tecnologías quirúrgicas robóticas. Más de 80 empresas están trabajando en el campo de la cirugía robótica en todo el mundo. Se están desarrollando robots quirúrgicos para operaciones en el área abdominal (incluyendo urología y ginecología), articulaciones del esqueleto, esqueleto, pulmones, ojos, corazón, vasos, cerebro y haces de nervios.
Análisis de datos por país
Europa, EE. UU. y Japón han instalado el 93 % de sus sistemas robóticos. Las empresas gastan cientos de miles de dólares para desarrollar nuevos robots quirúrgicos. El resto de la población mundial de 6 mil millones de personas es solo el 7%, eso es 400 sistemas robóticos instalados. India y China, con una población de 2700 millones de personas, representan solo el 3 %, unos 170 sistemas automáticos instalados.
El futuro de los cirujanos robóticos
La tecnología de la información nos ha acostumbrado a revoluciones regulares, casi anuales. En TI, una nueva idea surge, gana popularidad y se vuelve obsoleta en un año. En medicina, es diferente. Debido a todas estas complejidades, el desarrollo y la implementación de cirujanos robóticos requieren enormes inversiones, y las inversiones en este campo dan resultados décadas después. Pero pase lo que pase, el mercado de la robótica quirúrgica está creciendo (se prevé que crezca un 13,14 % para 2025). La competencia está creciendo y están surgiendo robots tipo da Vinci, por ejemplo, el Revo-i coreano y el Micro Hand S chino. Al mismo tiempo, el conservadurismo de la medicina resulta ser una oportunidad inesperada. Al ver cómo los ingenieros combinan la tecnología existente, es posible anticipar el futuro de la robótica médica.
Desarrollos prometedores
Manipuladores flexibles
Los cirujanos necesitan más flexibilidad en sus brazos. Esto incluye una mayor libertad de acción y la posibilidad de realizar la cirugía sin incisiones visibles, a través de aberturas naturales en el cuerpo, o desplazándose al punto adecuado del cuerpo a través de grandes vasos. El nuevo modelo da Vinci SP ya cuenta con instrumentos multiarticulares que se introducen en el cuerpo a través de una única abertura. El sistema israelí Hominis ha recibido recientemente la aprobación de la FDA y es aún más flexible. Las herramientas de este cirujano robótico se doblan en 360 grados, pero no se atan en nudos. Hay endoscopios robóticos en forma de serpiente, como el Flex, y catéteres automatizados. No hace mucho, realizaron una serie de operaciones en cerdos con un dispositivo de este tipo. El catéter llegó a la válvula del corazón de forma automática siguiendo las paredes de los vasos y navegando mediante un sensor óptico táctil híbrido y algoritmos de aprendizaje automático.
Nuevos actuadores
Paralelamente, se están realizando experimentos con nuevas variedades de motores para reemplazar cuerdas y actuadores eléctricos. Se está investigando todo, incluida la neumática y la hidráulica, pero los polímeros electroactivos -músculos artificiales- parecen ser los más prometedores para la cirugía mínimamente invasiva. No son caros, son altamente deformables, no ocupan mucho espacio y desarrollan una fuerza considerable. Pero estas tecnologías requieren altos voltajes para funcionar. Usar unos pocos cientos de voltios cerca del paciente es peligroso, por lo que estos desarrollos se tratan con cautela.
Aprendizaje automático
Blockchain aún no se ha implementado en cirugía, pero el aprendizaje automático es una parte importante. Aquí, puede ser útil en varios niveles a la vez. Los algoritmos de aprendizaje automático pueden simplificar el cálculo de los movimientos del manipulador o automatizar etapas completas de la cirugía. Por ejemplo, en 2020, un equipo de la Universidad de California, Berkeley, entrenó una red neuronal para hacer puntadas perfectamente rectas con la ayuda de grabaciones de video. Además, en 2016, durante la cirugía real, los investigadores demostraron que un cirujano robótico podía coser fragmentos del intestino de un cerdo por su cuenta. Sin embargo, los cirujanos marcaron previamente el área quirúrgica con marcadores infrarrojos. Estos guiaron al robot durante la operación. Desafortunadamente, las características no son prácticas: no son fáciles de implantar y difíciles de quitar. El problema principal es enseñar a los robots a usar tales habilidades en las condiciones cambiantes del cuerpo humano. Hasta ahora, los algoritmos han sido entrenados para depender de los datos de la cámara. Todavía no está claro si los algoritmos de visión artificial pueden funcionar dentro del cuerpo. Sin embargo, esta no es la única forma.
Integración con escáneres médicos
La integración de robots con escáneres médicos es de gran importancia en la robótica médica: tomografía computarizada, resonancia magnética y ultrasonido. Hay sensores y sistemas de ultrasonido robóticos separados diseñados para instalarse en da Vinci. Su imagen generalmente se transmite a una ventana diferente en el campo de visión del cirujano. Los sistemas para cirugía general integrados con TC y RM aún se encuentran en etapa conceptual.
Realidad Aumentada y Virtual
De todas las innovaciones enumeradas, esta es la más cercana. La introducción de la realidad aumentada en la cirugía es una cuestión de futuro próximo. Es un desarrollo lógico de las interfaces de cirujano robótico; la única pregunta es qué información adicional mostrar en el campo de visión del médico. Además, en diciembre de 2019, la realidad virtual en toda regla llegó oficialmente a los quirófanos. La FDA ha aprobado cirugías utilizando el robot Vicarious Surgical. Este sistema replica el cuerpo humano: cabeza, hombros, codos y muñecas. El robot está conectado a unas gafas de realidad virtual de última generación, por lo que el cirujano está inmerso en la cabeza. Por lo tanto, no hay duda de que la robótica médica evolucionará. Varios avances en robótica en el campo médico pueden mejorar la calidad del tratamiento y los resultados para los pacientes. Sin embargo, se deben superar varios obstáculos para que estas tecnologías se apliquen a la atención del paciente a largo plazo. Además de los desarrollos complejos y, a menudo, costosos, las empresas de este campo deberán considerar factores como la regulación, los precios y la capacitación de los profesionales médicos, sin mencionar las consideraciones emocionales y éticas en un área delicada como la medicina. La tecnología robótica puede traer enormes beneficios para el cuidado de la salud. Aún así, no hay consenso sobre si se han superado todos los problemas para garantizar la aplicación práctica a largo plazo de esta tecnología. Es posible que los robots nunca reemplacen a los cirujanos, pero eso no importa; lo que importa es que ayudarán a salvar vidas reales en breve.