TELEPRESENCIA QUIRÚRGICA

TELEPRESENCIA QUIRÚRGICA

La convergencia de los avances en informática y comunicaciones con la medicina en general y la cirugía en particular, ha dado como resultado un acelerado proceso de informatización de todas las áreas de la medicina.

En el caso de la cirugía, entre otros logros, dio lugar a la cirugía laparoscópica o cirugía de mínima invasión. La primera intervención de esta naturaleza fue una colecistectomía en 1987. La operación fue un éxito, y originó una revolución en las formas de realizar técnicas quirúrgicas en diversas especialidades, motivando una intensa investigación en todos los campos relacionados.

Los sistemas de laparoscopía convencional continuaron su evolución hasta dar lugar a sistemas de tercera dimensión. Poco después se introdujo el uso de robots o brazos mecánicos que bajo el mando del cirujano, intervienen quirúrgicamente a pacientes en las áreas de cirugía general, cirugía cardiovascular, cirugía pediátrica, ortopedia, urología y neurocirugía.

Los robots pueden ser manejados a distancia por los médicos especialistas, dando origen a la cirugía robótica, telepresencia, telecirugía o cirugía asistida por computadores. Esta se basa en dos conceptos fundamentales; realidad virtual y cibernética y se vislumbra como el arma quirúrgica del siglo XXI.

Bien, ahora retomamos los conceptos de la Realidad Virtual y sumemoslo a la Telecirugia; y obtenemos la "Telepresencia". En la telepresencia el cirujano opera mediante realidad virtual y un robot efectua las maniobras exactas que el le ordena.

Ademas de aumentar el alcance del cirujano, tambien se trata de buscar su coordinacion optico-manual. La idea original era que el cirujano se coloque un traje o ambo con sensores (body-suit), guantes sensitivos; y en lugar de gorro y barbijo, y utilizara un casco con auriculares estereofonicos y vision tridimensional.

El operador, asi dotado; podría ver el campo quirurgico desde adentro. El se hallaría virtualmente dentro de la cavidad abdominal; ve sus manos, maneja el instrumental; tiene sensibilidad tactil, auditiva y su vision es tridimensional, de alta resolucion y estereoscopica. Los ayudantes tendrían un equipo igual y conectados en red, interactuando entre si. El resto de los colaboradores podrían presenciar los eventos desde un monitor y manejaran el ordenador, de acuerdo a las indicaciones del cirujano.

Se trato de eliminar todos los dispositivos que puedan restringir la libertad de movimiento al cirujano.

Los futuros equipos de realidad virtual no utilizan trajes sino que contaran con dispositivos mas practicos y pequeños; electrodos sin cable, que se colocaran en diversas zonas del cuerpo. Estos sensores registraran y transmitiran a la computadora no solo los movimientos de la cabeza y las manos, sino de la totalidad del cuerpo. Se crearan endosensores capaces de percibir calor, temperatura, presion, consistencia, etc..

Se logro sustituir el casco por unas gafas. En el Laboratorio de Tecnologías e Interfaces Humanos de la Universidad de Washington (Seattle) se trata de reemplazar el par de pantallas de cristal liquido, por un microescaner laser, derivado de los sistemas utilizados en cirugía ocular. El haz laser, de muy baja potencia barre el fondo de ojo a gran velocidad, registrando las imágenes directamente en la retina. Ademas de aligerar el peso del casco; una solución de este tipo permite incrementar la resolución gráfica.

En E.E.U.U., ya existe un sistema llamado "Green Telepresence Surgery Sistem" que cumple con todo lo enunciado; y brinda la sensacion virtual de operar in situ. Se estan desarrollando simuladores para cirugia convencional y videocirugia, basados en la realidad virtual; con lo que se resolveria el grave problema de la formacion de los cirujanos en este ultimo campo. Esto es un gran avance respecto al aprendizaje con peliculas o cintas de video ya que el estudiante puede equivocarse y corregir sus defectos. El sistema que se prueba, tiene un componente de inteligencia artificial que ofrece realimentacion en distintos niveles de grados variables para un novicio y un cirujano experimentado.

El Dr. Steve Charles de Memphis, es oftalmologo e ingeniero mecanico y electronico; y ha diseñado un sistema de telepresencia dirigido a su especialidad.

Mediante encuestas, acopio experiencia de cirujanos otorrinolaringologos y neurocirujanos; y concluye en que incluso el laser actual no era seguro, ya que puede propagar ondas de presion (ecos de pequeñas explosiones) que dañan a distancia.

Incluso en cirugia videolaparoscopica; hoy se esta adjudicando al uso de la coagulacion monopolar y al laser, la aparicion de estenosis tardias de la via biliar, por igual motivo.

Trabajando conjuntamente con Paul Schenker en el "Jet Propulsion Laboratory" de Pasadena (E.E.U.U.), logro posicionar mas exactamente sus instrumentos. El resultado son dos cajitas de aluminio: de una emerge el master, poco mas largo que un lapicera. De la otra sale un brazo esclavo de unos 4 cms. de diametro y 15 cms. de largo, que posee siete articulaciones y puede copiar cualquier movimiento del cirujano. La maquina mide el lugar de trabajo aumentando la vision del medico y la sutileza de los actos.

Un movimiento que requeria obligadamente 2 cms. de espacio, ahora se puede hacer en 0,5 cms. o menos. 39-40

Computadora mediante, puede percibir el mas minimo temblor involuntario del operador y corregirlo en la señal enviada al brazo esclavo. 50

La Telepresencia, término creado por Marvin Minsky, significa presencia remota y es un medio que proporciona a la persona la sensación de estar físicamente en otro lugar por medio de una escena creada por ordenador.

Esta tecnología vincula sensores remotos en el mundo real con los sentidos de un operador humano. Los sensores utilizados pueden hallarse instalados en un robot o en los extremos de algunas herramientas. De esta forma el usuario puede operar el equipo como si fuera parte de él.

Los sistemas de telepresencia situan al observador en un mundo real que es capturado por videocámaras ubicadas en lugares distantes y le permiten la manipulación remota de objetos reales mediante brazos robotizados. Es decir que el usuario interactúa en un mundo real pero que está ubicado en un sitio distinto a donde él se encuentra en ese momento.

También se está empezando a utilizar para celebrar reuniones virtuales. Diferentes contertulios equipados con sistemas de video y audio y conectados a un servidor pueden dar lugar a un escenario común interactuando con los demás como si se encontraran en el mismo espacio físico.

Ejemplos asequibles de ésta técnica se encuentran en los chats 3D, que permiten representación por medio de avatares que se desplazan a voluntad de su propietario a través de mundos virtuales, en los que se encuentran otros avatares en la posición que sus respectivos propietarios los manejan. Un buen ejemplo es el chat de Blaxxun.

Ya se expuso que estan en uso los displays, que brindan imagenes en tres dimensiones; es decir con capacidad de mostrar profundidad y perspectiva, o sea todas las posibilidades del espacio. Pero la tecnologia dio un paso adelante, y agrega una cuarta dimension. Se trata de la cuarta dimension Einsteniana, el "Tiempo".

Los laboratorios de la N.A.S.A., en Pasadena; ofrecen al operador de un sistema telerobotico, una imagen predictiva de los movimientos de un brazo robot,

superpuesta a la imagen real, antes de que los movimientos sean realizados.

La exploracion espacial; ha requerido el uso de brazos roboticos en sondas que descienden en planetas lejanos, y a veces el retraso producido por el viaje de las ondas electromagneticas causa grandes dificultades al que los opera.

Ante una maniobra delicada; el operador puede excederse en los desplazamientos y ocasionar lesiones o romper el mecanismo, ya que la imagen de retorno que le sirve de control, esta atrasada en fracciones de segundo, o a veces en uno o mas segundos (que pueden llegar a ocho) cuando la señal pasa por varios satelites.

Utilizando el sistema predictivo de cuarta dimension; en cambio, le permite ver el movimiento del brazo al instante en una imagen virtual superpuesta a la real que es calculada y generada por la computadora, y en base a ella detener el desplazamiento o ajustarlo en el momento exacto.

Existe la posibilidad, ademas; de practicar el movimiento sin mandar lo comandos al robot, y recien enviarlos cuando se ha logrado es desplazamiento que se desea.

Steve Charles, ya esta en condiciones de negociar su sistema de microdestreza con grandes empresa, pero desea poder bajar el costo final a unos 100.000 dolares, para permitir que sea accesible a cualquier hospital. Se cree que en poco tiempo estara en el mercado.

El Coronel medico Rick Satava es un cirujano laparoscopista y se lo considera el padre de la cirugia por telepresencia, su mayor promulgador, y dirige el "Advanced Research Project Institute" (ARPA), que es el centro mas importante de estas investigaciones. El proyecto ARPA invierte millones de dolares anuales para investigar tecnologia biomedica de avanzada.

Satava cuando se refiere a la telepresencia quirurgica, prefiere hablar de medicina del futuro que surge gracias a la asociacion de la robotica, la computacion, las fibras opticas, la realidad virtual, los diagnosticos de alta tecnologia (high-tech), y la cirugia.

Lo que hace que el cirujano tenga una vision global y completa del campo quirurgico, esta dado no solo por los visores en 3-D; sino a la superposicion de diversos estudios complementarios; al campo de trabajo.

Tanto la inspeccion visual, como los rayos X, la resonancia magnetica nuclear, la tomografia axial computada, estudios angiograficos, o cualquier otra tecnica de diagnostico por imagenes; pueden ser fraccionadas en millones de segmentos (pixeles) por la computadora y luego reconstruir la imagen a voluntad. De esta manera el cirujano visualiza el organo que esta operando, y toda su informacion en forma dinamica y simultanea.

Recientemente se inauguraron quirofanos con esta tecnologia en Brigham y en el Hospital de Mujeres de Boston, y ya puede ser utilizada. El Dr. Ferenc Jolesz, cirujano jefe del Instituto Brigham, cuenta que disponen de un equipo de resonancia magnetica abierto; que mientras el cirujano opera, escudriña al paciente segundo a segundo. Todos los instrumentos quirurgicos poseen sensores de posicion, y la computadora registra sus exacta ubicaciones en el cuerpo, y sus movimientos; mientras que la resonancia magnetica lo muestra tridimensionalmente.

Un ingeniero en imagen y sonido, que esta trabajando en biomedicina desde 1960; Philip Green es el creador de la "SRI International" (Stanford Research Institute International) en Los Angeles. Esta es una compania que ha desarrollado un sistema de telepresencia quirurgica.

En 1992, en Palo Alto CA el Ing. Philippe Green realizó investigaciones en manipulación remota, desarrolló prototipos de sensores y efectores maestro-esclavo para realizarla. Lo motivó la idea de que un grupo de cirujanos en diferentes especialidades, pudieran atender, desde un lugar seguro, emergencias en los campos de batalla. Lamentablemente aun no era posible su uso durante la guerra, debido a la gran interferencia de señales.

Green utilizo la realidad virtual y logro que la ilusion optica del cirujano, es la de un abdomen abierto, y manipulara sus instrumentos habituales pero conectados a la computadora.

El ordenador, comanda el "Telemanipulador" (invencion de Green) que es el que efectua el acto quirurgico real.

El sistema llamado "Green Telepresence Surgery Sistem" que cumple con todo lo enunciado; y brinda la sensacion virtual de operar in situ. Se estan desarrollando simuladores para cirugia convencional y videocirugia, basados en la realidad virtual; con lo que se resolveria el grave problema de la formacion de los cirujanos en este ultimo campo. Esto es un gran avance respecto al aprendizaje con peliculas o cintas de video ya que el estudiante puede equivocarse y corregir sus defectos. El sistema que se prueba, tiene un componente de inteligencia artificial que ofrece realimentacion en distintos niveles de grados variables para un novicio y un cirujano experimentado.

Cuenta con una consola de cirugia; para poder captar la escena intraoperatoria el laparoscopio utiliza dos microcamaras computarizadas y la informacion digitalizada es reflejada en un espejo ubicado frente a los ojos del operador. Lo que el cirujano ve, es el instrumento completo en accion y cuando tropieza con algo, siente la resistencia.

Sin embargo, solo tiene una mitad de el (las anillas) sobre el espejo; la otra mitad del instrumento esta al cabo del trocar y es guiada por el telemanipulador y su brazo esclavo robotizado. La sensacion de realidad es tal, que algunos cirujanos que han practicado sobre cuerpos ficticios; inconscientemente han querido utilizar sus manos, y chocaron contra el espejo.

Joel Jensen, ingeniero de la SRI International; teleopero un riñon virtual, demostrando la eficacia del sistema.

Casi de manera simultánea el Dr. Stephen Jacobsen de la compañía Sarcos de Utah, desarrolló brazos y manos robóticas que replican por control inalámbrico los movimientos humanos.

En 1993, en un hospital de la Jolla,CA, el Dr. Jonathan Sackier utiliza al robot ESOPO (creado por Computer Motion Inc. como auxiliar para conducir el laparoscopio. Este robot es manejado por medio de palancas y comandos de pie.

En 1995 se formó la empresa Intuitive Surgical Inc., la cual adquirió los derechos de la investigación del Dr. Green e inició los trabajos de adaptación para su uso clínico fuera de campos de interferencia. Dos años después, el Dr. Jack Himpens intervino los primeros 5 pacientes con casos de cirugía laparoscópica por telepresencia a corta distancia, dentro del mismo quirófano en el hospital St. Blasius, en Bélgica.

De estas primeras evaluaciones surgieron modificaciones importantes que cristalizaron en una segunda generación del sistema, ahora llamado D´VINCI. Éste utiliza versiones del robot ESOPO, pero más evolucionadas, que obedecen comandos de voz del cirujano. Se integró al sistema, el software de intercomunicación HERMES que además de controlar el sistema robótico , maneja el equipo de quirófano, dando como resultado un "quirófano inteligente". Posteriormente se diseñó el robot ZEUS, con el cual en 1998, los cirujanos Antonio García Ruiz y Tomaso Falcone, realizaron plastías tubarias en 10 pacientes en Cleveland, Ohio.

Siguiendo adelante con la investigación, ZEUS visitó México en octubre del 2001, permitiendo la realización de más de 200 intervenciones quirúrgicas con el médico mexicano, Adrián Carbajal al mando de un equipo de especialistas de diversas nacionalidades.

Para implementar dicho proyecto, médicos e ingenieros de México, Bélgica y Estados Unidos conjuntaron investigación, análisis y creatividad para el desarrollo de la Cirugía de Telepresencia, donde el cirujano aporta sus conocimientos y el robot como esclavo ejecuta las órdenes del primero.

De 1994 a 2003, cientos de robots han auxiliado a cirujanos de varios países de Europa, Estados Unidos, Canadá y México a realizar más de 300.000 intervenciones. La investigación en cuanto a las posibilidades de la cirugía de telepresencia continúa en las áreas de cirugía cardiaca, ginecológica, cirugía del cerebro, de columna vertebral, cirugía pediátrica, urológica y fetal intrauterina.

La cirugía de telepresencia también llamada cirugía robótica o cirugía asistida por computadores es un sistema interactivocomputarizado, tan veloz e intuitivo, que el computador desaparece de la mente del cirujano, dejando como real el entorno generado por el sistema.

A través de la realidad virtual, el cirujano determina las maniobras que el robot ejecutará en el paciente. La consola de mando donde trabaja el cirujano puede situarse en el mismo quirófano, y eventualmente en otro lugar de la misma ciudad o incluso en otro país.

La cirugía robótica o cirugía de telepresencia está basada en dos conceptos fundamentales que son:

• Realidad virtual: Se habla de realidad virtual porque se logran los efectos de inmersión en 3a. dimensión, navegación, interacción y simulación, sólo que ésta es sustituida por tiempo real, es decir lo que se ve en 3a. dimensión en el monitor, es real y lo que se toca a través del robot, también es real.

• Cibernética: En cuanto a cibernética, es la rama de la informática que digitaliza el movimiento y se divide en tres áreas importantes que son: autómata, biónica y robótica. Esta última estudia el desarrollo de robots que son mecanismos articulados programados, con partes mecánicas, motores, grados de libertad, cámaras, sensores, transductores, almacenamiento de información, programas especializados para procesamiento de datos, optimización de funciones e interfaces conectados a elementos ejecutores de tareas específicas.

Los robots pueden ser autónomos, los que necesitan de un programa diseñado para realizar ciertas actividades y esclavos, los que no tienen capacidad de movimiento autónomo y son absolutamente dependientes.

En la cirugía de telepresencia se utiliza un robot esclavo que no puede hacer ningún tipo de movimiento sin las órdenes del cirujano; es decir que es absolutamente dependiente del juicio, de los conocimientos y de la habilidad del médico. Consta de una estructura que semeja la anatomía de los brazos humanos, capaz de imitar los movimientos de diversas articulaciones como las del hombro, codo, muñeca y manos.

El sistema llamado "D´Vinci" de Intuitive Inc, uno de los mas difundidos a nivel mundial consta de los siguientes elementos: consola maestra, robot esclavo, instrumentos, interface gráfica de usuario y sistema de obtención de imagen.

Consola Maestra

Es la mesa de control donde el cirujano ejecuta los movimientos que habrá de simular el robot y está constituido por:

• Manipulador maestro de instrumentos derecho.

• Manipulador maestro de instrumentos izquierdo.

• Pedal de activación de la unidad de electrocirugía.

• Módulo electrónico que consta de: suministro de energía, banco de baterías e interface digital.

• Visor estereoscópico de alta resolución conformado por dos monitores de 990 x 1313 líneas de resolución que proyectan las imágenes en una caja de espejos, mismos que permiten obtener la imagen en 3ª dimensión y al cirujano le permiten la sensación de inmersión.

Instrumentos

Los instrumentos son: tijera, bisturí, diferentes tipos de pinzas, ganchos, disectores y porta-agujas; todos ellos están dotados de retroalimentación táctil electrónica que transmite las sensaciones de presión, resistencia, flexibilidad, etc., permitiendo al cirujano "sentir" la cirugía. Estos instrumentos tienen una libertad de movimiento de cuatro grados y pueden intercambiarse durante la cirugía con la ayuda de la enfermera instrumentista, Asistente del Cirujano o de un Ingeniero Biomédico.

Los brazos de un ser humano tienen 29 grados de libertad de movimiento que realizan en tres planos cartesianos; por lo que puede realizar 594,823,321 movimientos. D'VINCI tiene 7 grados de libertad de movimientos en tres planos cartesianos o sea 117,649 movimientos, esto es el 0.019% del total de la capacidad del brazo del ser humano, cercano al que utiliza el cirujano en una cirugía convencional. Esta cifra es muy superior comparada con los 3 grados de libertad y 729 movimientos que podemos realizar con los instrumentos de cirugía laparoscópica convencional, y que representa el 0.00012% del total de la capacidad del brazo humano y 0.61 % de la capacidad del robot D'Vinci.

Interfase Gráfica de usuario

Un computador con procesador Pentium de 200 megaHertz y 64 megabytes de memoria RAM y 20 procesadores Sharc en el controlador constituyen el sistema. Usando esta interface es como el cirujano puede realizar la cirugía, ampliando o disminuyendo sus movimientos en escalas de (1:1, 1:3, 1:5), reposicionando la cámara. La interface controla y mantiene la localización precisa de cada uno de los 48 motores (seis veces el número de motores de un robot estándar). El software implícito en esta interface garantiza la seguridad del paciente, pues si el cirujano hace un movimiento brusco, el sistema frena automáticamente, incluso elimina el temblor de las manos del cirujano y por lo tanto equilibra sus habilidades y potencía la precisión en sus acciones.

Sistema de obtención de Imágenes

El sistema de obtención de imagen es muy parecido al sistema convencional utilizado en cirugía laparoscópica; pero en 3a. dimensión real. Consta de una cámara doble que le permite obtener dos señales de video (canal derecho e izquierdo), que al integrarse conforman una señal de video estereoscópica, que es proyectada por dos monitores de alta resolución a un sistema conocido como "caja de espejos" para crear 3a. dimensión real, misma que provee al cirujano de la sensación de "inmersión" en el campo quirúrgico. Cuando el cirujano mueve la cámara en el campo operatorio, consigue el efecto conocido como "navegación”.

Procedimiento

El cirujano se sienta cómodamente en una silla que puede ajustar a su altura y con el acercamiento que desee con respecto a la consola maestra, coloca su cabeza de manera que sus ojos se ajusten a los visores que le permiten ver imágenes reales del interior del paciente en 3a. dimensión.

El asistente del cirujano hace la incisión en un lugar determinado, cerca del órgano que se va a intervenir, e introduce los instrumentos del robot. El robot posee tres brazos, uno contiene la cámara y los otros dos portan el instrumental.

Mediante la cámara telescópica, el cirujano puede "navegar" dentro del cuerpo del enfermo, localizar el órgano afectado e interactuar con tijeras, pinzas, pinzas de sujeción, bisturí, electrocauterio, láser, disectores ultrasónicos y otros recursos quirúrgicos. El cirujano siempre está viendo los instrumentos que utiliza a través de los monitores.

Los movimientos de los brazos del robot, se originan en las manos del especialista por medio de instrumental igual al de una cirugía convencional, que se encuentra conectado en la consola maestra y que al moverlo genera comandos reales que pasan por un sistema avanzado de cómputo donde son digitalizados y editados a la velocidad de la luz, para luego transmitirlos al robot que ejecutará lo dispuesto.

Los instrumentos que se encuentran en los extremos de los brazos del robot son cambiados manualmente por el asistente a la orden del cirujano.

Al equipo quirúrgico moderno se ha integrado un Ingeniero Biomédico que controla los sistemas de cómputo y los sistemas de alta tecnología con los que hoy se realizan complejas intervenciones quirúrgicas. Las principales ventajas que otorga este sistema son las siguientes:

• Permite una mayor precisión en los movimientos. El robot ejecuta las acciones que le son ordenadas por el médico, editándola por medio de un sistema de cómputo, es decir eliminando errores como el temblor que la mano humana tiene por naturaleza.

• Posee un sistema de movimientos a escala de 1 a 1, de 1 a .3 y de 1 a .5, que les permite a los cirujanos hacer cirugía de alta precisión.

• Las imágenes por medio de los visores telescópicos logran aumentar hasta 20 veces el tamaño normal, lo que permite al cirujano ver los órganos con más detalle.

• Disminuye el sufrimiento de los pacientes, pues las incisiones que se realizan son entre 5 y 10 milímetros de diámetro, lo que representa suficiente espacio para permitir la entrada de los instrumentos del robot.

• Reduce el tiempo de estancia hospitalaria de los pacientes, quienes pueden reincorporarse a sus actividades normales en un lapso no mayor a siete días.

• Otorga mayor libertad de movimiento al cirujano que en una cirugía Laparoscópica tradicional.

Permite realizar operaciones a distancia, lo cual evita desplazarse tanto al paciente como al médico que la efectúa.

En Colombia, un único cirujano realizó una colecistectomía laparoscópica que, tradicionalmente, es practicada por un equipo de tres personas. Esto lo explica la llegada al país de Endoassist, un sistema robótico anterior al Da Vinci que le permite al médico dirigir los movimientos de la cámara con la cabeza, mientras con sus manos controla dos brazos mecánicos que sostienen los instrumentos quirúrgicos. La primera intervención fue realizada por el cirujano Roosevelt Fajardo, de la Fundación Santa Fe de Bogotá, a una mujer, de 55 años, a quién debía extraérsele la vesícula. En este caso, Fajardo dirigió los movimientos de la cámara con su frente, en la que tenía adherida una venda con luz infrarroja, que se acciona con la presión de un pedal en la parte inferior del equipo. Con el Endoassist, la orientación se obtiene por medio de un esquema de centro de rotación remoto. El robot se sitúa sobre el paciente de tal forma que el centro de rotación esté sobre el punto de inserción quirúrgica. Para Fajardo, representa un importante cambio en la realización de este procedimiento. “La idea es generalizarlo porque es sencillo. Se necesita una capacitación inicial y destrezas como coordinación cabeza-manos, pero no tiene un manejo complejo”, dice el especialista. Por eso, para ejecutar estos procedimientos, los cirujanos tendrán que ponerse al día en la técnica y capacitarse en el manejo de los brazos robot, equipos cuyo uso se ha extendido en el mundo. Para utilizar este equipo se requiere ser experto en prácticas laparoscópicas y tener amplios conocimientos en cirugía abierta, que le permitan cambiar el enfoque de la intervención si fuera necesario.