Investigadores aportan a prototipo robótico para cirugía

Lunes, 06 de Mayo de 2013

Un asunto de fuerza y delicadeza, maestro y esclavo


Si usted practica algún videojuego como béisbol, por ejemplo, comprueba que al golpear la pelota virtual no obtiene ninguna sensación en la mano, la misma que obtendría al practicarlo de forma real. Algo similar sucede en la cirugía robótica: el cirujano comanda el robot, pero no logra percibir la fuerza que la máquina ejerce sobre el paciente; sólo puede ver la operación en una pantalla de video plana. Agregar esa sensación de fuerza, en la virtualidad, le daría mucha mayor destreza y seguridad al cirujano, en beneficio del paciente. He ahí la razón por la cual investigadores de la UPB, con las aportaciones del Grupo de Automática de la Universidad Nacional (Gaunal) y la empresa Instrulap Rema, avanzan en la simulación y creación de un prototipo robótico a escala para cirugía.

Hoy la medicina procura adelantar procedimientos quirúrgicos que eviten al máximo las incisiones en el cuerpo del paciente y, cuando se requiera, hacerlo en lo necesario y con los mejores resultados. A eso se le llama cirugía mínimamente invasiva y, en tal sentido, algunos esfuerzos científicos se realizan en el mundo, como el que constituye la Fundación para el Desarrollo de la Cirugía Cardíaca, de Polonia (FCSD), y al cual se ha unido un grupo de investigadores de la Universidad Pontificia Bolivariana con su proyecto investigativo.

El convenio entre la fundación polaca y la Universidad, les permite a los investigadores obtener información y articular procedimientos conducentes a la elaboración de simulaciones y modelaciones en el campo experimental, en especial, sobre los avances logrados por el físico Zbigniew Nawrat, director del laboratorio de biocibernética de la FCSD.

Robin Heart es el nombre del proyecto en el que la fundación europea trabaja para aplicaciones robóticas durante intervenciones quirúrgicas de corazón y procedimientos de exploración de la cavidad abdominal. Es un robot formado por un brazo habilitado con cámara de video para la visualización de la intervención quirúrgica y otros dos brazos equipados con herramientas. Cada brazo robótico consta de un sistema maestro, manipulado por el cirujano, y un sistema denominado esclavo, que tiene contacto directo con los órganos del paciente.

Aunque el prototipo Robin Heart representa en la ciencia médica innumerables ventajas para el paciente como la merma ostensible del tamaño de las incisiones, la reducción de los riesgos de infección, la disminución de su tiempo de estancia hospitalaria y recuperación, y un menor riesgo de hemorragias y complicaciones, los investigadores establecieron que este sistema robótico no le posibilita al cirujano percibir en su mano la fuerza de contacto entre el instrumental quirúrgico y el tejido, sensación muy importante en una intervención, especialmente si se tiene en cuenta la ausencia de contacto físico con el paciente, el uso de piezas largas y trocares (punzones con punta de tres aristas cortantes, revestidos de una cánula o tubo corto), las restricciones en el movimiento y el campo visual carente de la tridimensionalidad de la imagen.

Por ello, un equipo interdisciplinario formado por miembros del Grupo de Investigación en Bioingeniería, el Grupo de Investigación en Dinámica Cardiovascular y el Grupo de Investigaciones en Automática y Diseño, con la participación de la ingeniera electrónica Vera Zasúlich Pérez Ariza y la vinculación del Grupo de Automática de la Universidad Nacional (Gaunal) y la empresa Instrulap Rema, avanza en el desarrollo de un prototipo a escala para la realimentación de fuerza en cirugía cardiotorácica mínimamente invasiva. Esto significaría, en el tiempo, que mediante un sistema robótico el cirujano no sólo podría intervenir a su paciente sino también percibir la fuerza que aplica y su control para la optimización del procedimiento quirúrgico.

En el mercado se conoce el sistema robótico Da Vinci, aprobado en Europa, Estados Unidos y algunos países asiáticos en cirugías mínimamente invasivas, que, debido a su alto costo, condujo a la FCSD a la construcción de su proyecto Robin Heart. Sin embargo, ambos proyectos, el primero en pleno funcionamiento, y el segundo en experimentación, no resuelven todavía un asunto que preocupa a los bioingenieros: ¿qué tan parecido es lo que el robot hace con respecto a lo que el cirujano realiza y siente durante una intervención quirúrgica?

"Con las herramientas tecnológicas aplicadas en la cirugía mínimamente invasiva tradicional, el cirujano debe realizar el procedimiento sólo con ayuda visual. El cirujano, mediante el uso del video, puede observar en dos dimensiones (alto y ancho) pero pierde la condición de profundidad y la sensación táctil que tendría si tuviera el contacto con el tejido; estas dificultades pueden ser solucionadas con la aplicación de la robótica y los algoritmos de control", explica la investigadora Vera Zasúlich Pérez Ariza, quien realiza su tesis doctoral sobre modelos de simulación en cirugía mínimamente invasiva con reflexión de fuerza, luego de una pasantía de seis meses en Polonia.

Por el interés que se tiene de buscar que el cirujano perciba la fuerza del tejido viscoelástico como si estuviera en contacto directo con éste, que excluye los efectos físicos que produce la interacción con los sistemas robóticos en la cirugía, los investigadores lograron identificar las condiciones y restricciones en el proceso de realimentación de fuerza en una telecirugía y las agruparon en las categorías cinemática (el estudio del movimiento prescindiendo de las fuerzas que lo producen), dinámica (relacionada con la fuerza cuando produce movimiento) y sensorial (correspondiente con los problemas hápticos o aquellos que involucran fuerza y percepción táctil como textura y vibraciones, entre otros aspectos).

Es un asunto de fuerza y delicadeza el que preocupa a los investigadores bolivarianos, por ello avanzan con sus aportes en los procedimientos de cirugía mínimamente invasiva, pero, ante todo, desde un ejercicio investigativo soportado en reiteradas modelaciones y simulaciones, en esfuerzos por poner la ingeniería al servicio de la ciencia, por la vida.

Ficha técnica:

Nombre del proyecto que da origen al artículo: El artículo está basado en las investigaciones: Desarrollo de un modelo generalizado para realimentación de fuerza y torque en cirugía cardiotorácica robótica mínimamente invasiva: determinación de condiciones y restricciones; modelación y simulación de un prototipo robótico para cirugía mínimamente invasiva; análisis cinemático y dinámico de un sistema maestro-esclavo para aplicaciones en cirugía cardiotorácica; simulación de una interfaz gráfica como herramienta de un sistema robótico para aplicaciones cardiotorácicas y control bilateral de un sistema maestro-esclavo para cirugía cardiotorácica.

Palabras clave: Cirugía mínimamente invasiva. Sistema maestro. Sistema esclavo. Sistema robótico. Cirugía cardiotorácica. Cinemática. Dinámica.
Grupo de Investigación: Grupo de Investigaciones en Bioingeniería
Escuela: Ingenierías.
Líder del proyecto: Vera Zasúlich Pérez Ariza, Ph.D (c)
vera.perez@correo.upb.edu.co

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