Robots cirujanos
listos para su puesta en marcha


Robots cirujanos
listos para su puesta en marcha
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La historia de la robótica en el área médica —particularmente en cirugía— tuvo inicio en 19851 y, desde entonces, se ha mantenido en investigación y desarrollo en universidades y entidades gubernamentales. 
     Mínimamente invasiva es un término que se acuñó como respuesta a la cirugía tradicional, en la cual literalmente se abre las capas de la piel para tener acceso al interior abdominal del paciente y realizar tareas de sutura, remplazos de órganos o, en el peor de los casos, extracción de alguno de ellos, lo que genera malestares postoperatorios, grandes cicatrices y largos tiempos de recuperación. Por estos motivos, se han realizado estudios orientados a desarrollar técnicas que permitan intervenir de manera mínima la estructura fisiológica del paciente, y el resultado de este reto fue el desarrollo de instrumentos y técnicas que permitieran el acceso al interior del cuerpo humano, mediante conductos naturales. Esta técnica es llamada endoscopia por sus raíces griegas: endo (dentro) y skopein (observa) más el sufijo ia (acción).

Mirando hacia atrás en busca de la historia, encontramos documentos relacionados con registros de intervenciones quirúrgicas endoscópicas desde 1881, las cuales fueron compiladas por Yukichi Fukuzawa, fundador de la Keio University (Japón).2
     Tiempo después, los investigadores Kelling, Jacobaeus y Kopkins, en 1901, 1910 y 1954, respectivamente, reportaron la práctica de pequeñas incisiones realizadas en cuerpos humanos, para introducir instrumentos de visualización con base en cristales ópticos, a través de válvulas restrictoras que no permiten flujos del interior hacia el exterior; con lo cual se logró ver el interior del cuerpo humano y marcar el inicio de la laparoscopia.3
     Fue en 1921, en la obra de ciencia ficción Robots Universal Rossum, cuando el austrohúngaro Karel Capek (Karl Câpec) utilizó por primera vez el término robot, del vocablo checo robota, que significa ‘trabajo compulsivo’ (según Webster Encyclopedic Dictionary).4
     Con un objetivo diametralmente opuesto al trágico final de la obra mencionada —en la cual los robots terminan rebelándose en contra de sus creadores—, en el presente documento ofrecemos un panorama sobre el inicio de la participación práctica y comercial de robots cirujanos en los quirófanos del mundo moderno, concebidos y creados (como en la Obra de Karel Capek) para reducir el desgaste —en este caso concreto— del cirujano; esperamos no ser testigos del mismo terrorífico final, pero no nos preocupemos, es sólo ciencia ficción.
     Actualmente, la participación de los robots en diversas tareas exige la asignación de una denominación que permita identificar el tipo de robot de que se trata; para esto se toma en consideración, al menos dos rubros: su campo de acción (industrial, recreativo, educativo, científico, rescate, entre otros) y su perfil morfológico (mecanismos, informático, eléctrico y de control). Debido a esto, surgen organizaciones internacionales como la RIA (Robot Institute of America), la IFR (International Federal of Robotics) la ISO (International Organization for Standardization) y la NASA (National Aeronautics and Space Administration),1 las cuales tienen definiciones para la participación de robots en los ámbitos industrial, doméstico, recreativo y, por supuesto, en investigación y desarrollo; no obstante, en
el área médica, por encontrarse aún en etapa de desarrollo, no existe aún definición propia.

El término hace referencia al modelo de control que mantiene un grado de independencia respecto del cliente o usuario. En una primera generación, las máquinas realizan actividades en función de una orden dada por el usuario y, al finalizar éstas, quedan en espera de nuevas órdenes (semiautomático); como ejemplos tenemos los hornos de microondas o la ejecución de tu canción favorita en un sistema de música karaoke. En la segunda generación, las máquinas realizan su operación de manera independiente (automática), a partir de un código informático preestablecido, e informan sobre el estado actual de éste (retroalimentación); el ejemplo más común es el control automático de velocidad de algunos automóviles, otro sería la estabilidad de la posición en los helicópteros de control remoto.
     En nuestra generación (tercera), el ser humano desea, en tiempo real, compartir con la máquina sus sentidos, tales como olfato, tacto, gusto, visión y audición, lo que dependerá, en gran medida, de los avances en investigación y desarrollo, en campos de nanotecnología y biosensórica: sería fabuloso que en tu fiesta el sistema musical karaoke ejecutara música con sólo detectar tu sentido emocional o, mejor aún, le dedicara una linda canción a la chica (o chico) de tus sueños. En la actualidad, tenemos en los quirófanos del mundo robots asistiendo a los cirujanos en forma semiautomática por manipulación o micro-manipulación. La figura 1 presenta un resumen del tipo de intervenciones quirúrgicas en las cuales se reporta con éxito la participación de los robots.

En 1985, el robot PUMA 560, de Mitsubishi, se utilizó por primera vez en una intervención quirúrgica, para tomar biopsia
de tejido cerebral por estereotaxia (del griego estéreo: tridimensional, y taxia: arreglo), la cual básicamente utiliza técnicas de ultrasonido, resonancia magnética o rayos X para generar imágenes tridimensionales.5 Hacia 1988, los avances tecnológicos eran impulsados por las tensiones de la guerra fría, la cual se encontraba en su máximo nivel; así, el Departamento de Defensa de los Estados Unidos de América impulsó, en colaboración con la NASA (National Aeronautics and Space Administration, por sus siglas en Inglés), y el Instituto de Investigación de la Universidad de Stanford, un proyecto para brindar apoyo a soldados caídos en batalla, quienes registraban un alto grado de mortalidad por pérdida de sangre, durante su traslado a los hospitales militares. Fue así que se propuso el diseño de un vehículo hospital equipado con robots cirujanos controlados a distancia; este proyecto fue llamado MASH (Movil Advance Surgery Hospital, por sus siglas en inglés),6 lo que dio origen al término cirugía robótica con tele-presencia; esto es: se contaba con un equipo de cirujanos maestros conectado a un sistema de comunicaciones en un extremo del continente y, en el otro extremo se encontraba el equipo de cirugía de campo. Este modelo se denomina sistema Maestro/Esclavo.

     En 1992, la compañía Integrated Surgical Supplies Ltd., de Sacramento, California, creó el sistema ROBODOC (Robotic Doctor, por sus siglas en inglés), el cual consta de un brazo robótico diseñado para intervenciones ortopédicas, un equipo de diagnóstico clínico y un gabinete con monitor paciente/medico; éste fue el primero aprobado por la FDA (Food and Drug Administration, por sus siglas en Inglés). En 1994, bajo el contexto de relajamiento por el fin de la guerra fría, los ingenieros y médicos exmilitares estadounidenses formaron sus propias compañías de investigación y desarrollo; de esta manera la tecnología pasó al campo de la medicina comercial y surgió la primera versión AESOP (Automated Endoscopic System for Optimal Positioning, por sus siglas en Inglés), básicamente, un sistema robótico de cirugía guiado por comandos de voz presentado por la Computer Motion Inc., de Santa Bárbara, cuyo sistema fue provisto para el ejército estadounidense.

FIGURA 2A. Comparativo en sistema hospitalario, en quirófanos de EUA

FIGURA 2B. Comparativo de valor agregado para el cliente en quirófanos de EUA


     No pasó mucho tiempo del lanzamiento comercial del AESOP, cuando la ahora llamada Intuitive Surgical de Mount View CA., después de un arduo trabajo de investigación y desarrollo, dio como resultado el da Vinci Surgical System, un impresionante robot cirujano con cuatro brazos robóticos equipado con elegantes dispositivos quirúrgicos listos para ser insertados en orificios de máximo 10 mm de diámetro, el cual no parece pedirle nada al poderoso Optimus Prime (personaje líder de la serie Transformers Prime). 
     El robot da Vinci es dirigido por el cirujano en modo semiautomático, desde una consola a cinco metros de distancia, está equipada con dos cámaras que ofrecen un ambiente visual tridimensional y lentes de alta definición. La Computer motion respondió con el Zeus System,7 morfológicamente menos dotado (dos brazos robóticos cirujanos y una cámara laparoscópica), diseño más minimalista, pero altamente preciso en tareas de hasta milésimas de pulgada y, en versiones recientes, llegan a presentar hasta seis grados de libertad; lo que implica movimientos alrededor o a lo largo de un eje, en un sistema cartesiano tridimensional.
     En octubre de 2001, la FDA aprobó el uso del ZEUS, y fue hasta junio de 2003, en colaboración con la Intuitive Surgical de California y Computer Motion, cuando se patentó el sistema robot quirúrgico comercial da Vinci.8

En el verano de 2009 Sergio A. Salina y Óscar A. Vivas, de la Universidad del Cauca, Colombia, reportaron avances de investigación sobre un sistema robótico laparoscópico modelado para trabajar en la cavidad abdominal, al cual denominaron LapBot.9
     En 2013, el inventor mexicano Alejandro Ramos de la Peña, propietario y fundador de la Human Robotics, obtuvo la patente sobre un robot de dos brazos diseñado para realizar cirugías de tipo mínimamente invasivas, operado en modo tele-presencia. Sobre él, tenemos registradas intervenciones en 1996, en el Hospital General Regional número 20, del Instituto Mexicano del Seguro Social, en Tijuana, Baja California.6 Fue una colecistectomía laparoscópica, la cual consiste en extraer del paciente la vesícula biliar con instrumentos quirúrgicos insertados en la zona pélvico abdominal; ésta fue asistida por Adrián Carvajal y Harry Fogel con un Robot Industrial PUMA 6000. Por tratarse de pruebas y entrenamiento utilizaron animales de tipo porcino (puercos, cerdos, marranos… según la región). 

FIGURA 3. Cortesía Laboratorio de Bioingeniería y Salud Ambiental, Instituto de Ingeniería - UABC

     En 1998, la Intuitive Company inició su estrategia de mercado con exhibición, venta y capacitación de su Sistema da Vinci en América Latina, en hospitales y centros de educación superior,10 tal es el caso del Hospital Ángeles del Pedregal, en la Ciudad de México, y el Hospital San José, del Tecnológico de Monterrey, donde el negocio es bien apoyado en capacitación sobre el sistema robótico, lo cual reduce la curva de aprendizaje en la nueva plataforma tecnológica.

Los registros de la introducción de los robots son contundentes, estimando lo que llamaríamos factores de éxito; ya que indicadores, como tiempo de intervención, pérdida de sangre, cantidad de asistentes, daños colaterales y re-hospitalización son los principales por considerar en el plan de negocios de un hospital. En la figura 2(a) se muestra un resumen de estos registros en hospitales de los Estados Unidos,11 en una escala del cero (no rentable) al diez (rentable), podemos apreciar el posicionamiento logrado por los robots en los últimos diez años.
     En la figura 2(b) se evalúa la percepción del cliente en una escala del cero (fracaso) al diez (éxito) para los rubros “cicatrices más estéticas”, “confianza ante una máquina”, “tiempo de recuperación” y “costos de intervención”, aquí podemos observar el comportamiento clásico del ciclo de vida de un producto de alta tecnología; introducirlo, ciertamente tiene un alto costo, pero muestra una alta tendencia a ser competitivo.

Como se ha presentado en este documento, estudios de investigación muestran avances en la cirugía asistida por robots,4 sin embargo la plataforma conceptual sigue en un estado muy rudimentario, comparado con el potencial por explorar. Parte de este esfuerzo se realiza en nuestro país, en el Instituto de Ingeniería, campus Mexicali, de la Universidad Autónoma de Baja California, la cual participa activamente en investigación y desarrollo de modelos con sistemas autómatas especializados en bioingeniería y automatización en procesos de cirugía laparoscópica, como se muestra en la figura 3. El sistema experimental se encuentra al final de la primera de cuatro etapas, en la que se está validando la tecnología disponible con semiconductores, actuadores, sensores y software de control. 
     
Se ha iniciado con un prototipo de tres grados de libertad, lo que implica movimientos cilíndricos alrededor los ejes x-y, más uno traslacional a lo largo del eje z; así, el proyecto prioriza la seguridad del paciente, operadores y del equipo a lo largo del ciclo de vida del producto.
     En un futuro próximo se debe continuar trabajando para dar mejor respuesta en retroalimentación y fiabilidad del sistema, esto dependerá, en gran medida, de los avances de la investigación en campos como nanotecnología y biomateriales, lo que detonará una nueva era en intervención quirúrgica, basada en inteligencia artificial apoyada por sistemas expertos y redes neuronales, imitando la capacidad mental del ser humano, y no en un sistema híbrido “humano/máquina” como actualmente lo concebimos.  

J. Torres-Ventura

Es Doctor en Ciencias (física aplicada), por la Universidad Autónoma de Baja California, donde es profesor, además de desempeñarse en la iniciativa privada: DAEWOO, TELCO y ORION MEXICANA.

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