Un brazo robótico para tratar el cáncer de vejiga


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Aunque el cáncer de vejiga es el sexto tipo más común de cáncer en los EE.UU. y el más costoso de tratar, el método básico que utilizan los médicos para tratarlo no ha cambiado mucho en más de 70 años.

Una colaboración interdisciplinar de ingenieros y doctores en las universidades de Vanderbilt y Columbia tiene la intención de cambiar la situación radicalmente. Encabezada por Nabil Simaan, profesor asociado de ingeniería mecánica en Vanderbilt, el equipo ha desarrollado un prototipo de plataforma  tele-robótica diseñada para ser insertada a través de orificios naturales -en este caso la uretra- que puede proporcionar a los cirujanos una visión mucho mejor de los tumores de vejiga para que puedan diagnosticar de forma más precisa. También está diseñado para hacer más fácil extirpar tumores de la mucosa de la vejiga, independientemente de su ubicación -una operación llamada recesión transuretral.

“Cuando observé mi primera resección transuretral  al principio, me sorprendió la forma en bruto de los instrumentos y cuánto se había de empujar y estirar el cuerpo del paciente“, dijo Simaan.

Esta experiencia inspiró al ingeniero para desarrollar un sistema que utilizara micro-robótica para realizar este tipo de cirugía difícil. Sus funciones y características se describen en un artículo titulado “Design and Evaluation of a Minimally Invasive Telerobotic Platform for Transurethral Surveillance and Intervention” publicado en la edición de abril de la revista IEEE Transactions on Biomedical Engineering .

El sistema especializado telerobótico “no toma la resolución de las manos de los cirujanos,  sino que mejora sus capacidades y espero que les da “superpoderes” quirúrgicos”,  comentó S. Duke Herrell , profesor asociado de cirugía urológica e ingeniería biomédica, que se especializa en oncología de invasión mínima en el Centro Médico de la Universidad de Vanderbilt quien está colaborando en el proyecto.

El método tradicional, que Simaan observó, implica la inserción de un tubo rígido llamado resectoscopio a través de la uretra y la vejiga. El instrumento contiene varios canales que permiten la circulación de fluido, proporcionando acceso a un endoscopio para la observación e intercambiables para herramientas de cauterización utilizados para obtener tejido de biopsia para la evaluación de la malignidad del tumor y la resección de tumores pequeños. En algunas operaciones, los cirujanos sustituyen la herramienta de cauterización con un láser de fibra óptica para destruir las células tumorales.

Aunque el endoscopio puede dar una buena vista del revestimiento de la vejiga directamente enfrente de la abertura de la uretra, la inspección de las otras áreas es más difícil. El equipo médico debe presionar y girar para el alcance o empuje del cuerpo del paciente para que otras áreas sean incluidas en la vista. Estas contorsiones también son necesarias al extraer tumores en las zonas menos accesibles.

Si el cirujano, utilizando la observación endoscópica o biopsia, determina que un tumor es invasivo y ha penetrado la capa de músculo, realiza más tarde una cistectomía que extirpa toda la vejiga a través de una incisión en el abdomen. Con frecuencia esto se hace utilizando un robot quirúrgico normal. Pero, cuando los cirujanos juzgan que el tumor es superficial y está restringido a la mucosa vesical, a continuación, intentan quitarlo con el resectoscopio.

El cáncer de vejiga es tan costosa de tratar, en parte debido a que los tumores en el revestimiento de la vejiga son excepcionalmente persistentes por lo que requieren vigilancia continua y cirugías repetidas. Entre los factores que contribuyen a esta persistencia está la dificultad de identificar con exactitud los márgenes del tumor y el fracaso para eliminar todas las células cancerosas.

“Debido a que se trabaja a través de un tubo largo y rígido, este puede ser un procedimiento difícil, sobre todo en algunas áreas de la vejiga”, dijo Herrell.

El sistema  tele-robótico está diseñado específicamente para operar en este entorno desafiante. La máquina en sí es del tamaño y forma de una gran botella termo, pero el extremo de trabajo interno es de tan sólo 5,5 milímetros de diámetro -aproximadamente una quinta parte de una pulgada- y consiste en un brazo robótico segmentado. El pequeño brazo puede curvase 180 grados, lo que le permite apuntar en cualquier dirección incluyendo directamente de vuelta a su punto de entrada. En la punta del brazo hay una fuente de luz blanca, un láser de fibra óptica para la cauterización, un fibroscopio para la observación y pinzas diminutas para sujeción de tejido.

Los ingenieros informan que se puede controlar la posición del brazo en forma de serpiente con una precisión inferior al milímetro: un nivel adecuado para el funcionamiento en condiciones clínicas. También han demostrado que el dispositivo puede extraer tejido para biopsias de una zona  elegida con los fórceps y después cortarlo con el láser.

El fibroscopio produce una imagen de 10.000 píxeles que se dirige a un sistema de cámara de vídeo digital. Debido a que es manejable, el equipo fue capaz de proporcionar puntos de vista en primer plano de las paredes de la vejiga en los ángulos de visión favorables. Sin embargo, la prueba reveló la eficacia del sistema de cámara estaba limitado por una pobre distancia de resolución. Según los investigadores, esto puede ser corregido por la redefinición del fibroscopio o reemplazándolo con una cámara en miniatura.

En el futuro, los investigadores pretenden incorporar otros métodos de imagen para mejorar la capacidad de identificar los límites del tumor. Estos incluyen un endoscopio de fluorescencia, tomografía de coherencia óptica que usa radiación infrarroja para obtener la resolución micrométrica de imágenes del tejido y ultrasonido para aumentar la visión natural del cirujano.

Además de estos métodos de observación, los investigadores han dado a su brazo robot un sentido del tacto. Usando una técnica llamada fuerza de retroalimentación, que puede medir la fuerza que actúa sobre la punta cuando entra en contacto con el tejido. Normalmente, los tumores sobresalen del tejido circundante. El candidato a doctor en Vanderbilt, Andrea Bajo utilizó este hecho para diseñar con éxito nuevos algoritmos que permiten que el brazo robot del dispositivo pueda rastrear con precisión el borde de un tumor. Lo hizo colocando la punta en el borde de un tumor y dándole instrucciones para moverse en la dirección que mantuviera la misma presión.

“Los cirujanos normalmente pueden identificar el margen bruto visual de un tumor dentro de un milímetro, pero un robot como éste tiene el potencial de hacerlo con precisión sub-milimétrica y tecnologías adicionales en realidad puede ser capaces de distinguir los márgenes a nivel celular,” dijo Herrell .

El equipo planea hacer uso de este nivel de precisión para programar el robot para llevar a cabo lo que los cirujanos llaman una “resección en bloque”, la extirpación de un tumor en su totalidad, más un pequeño margen de tejido normal en una operación. Este procedimiento está diseñado para asegurar que no hay células cancerosas que se dejen atrás y que puede reinicializar el tumor.

Los ingenieros también están utilizando las capacidades del sistema para diseñar una serie de medidas de seguridad en el sistema tele-robótico. Por ejemplo, el operador puede establecer una profundidad máxima que el láser vaya a cortar y, aun cuando la mano del operador se exceda, el robot no corte más profundo.

Estas medidas de seguridad son un ejemplo del objetivo de la investigación primaria de Simaan: desarrollar sistemas quirúrgicos robóticos que puedan ser insertados en el cuerpo humano e interactuar de forma segura con él.

El trabajo en este sistema comenzó con el estudiante de postgrado de Simaan Roger Goldman y Lara Suh-MacLachlan de Universidad de Columbia. Ryan Pickens, compañero del Vanderbilt University Medical Center, es también un miembro del equipo. Simaan y su equipo contaron con el apoyo parcial de la subvención NSF Career grant IIS-1063750.

Autor: David Salisbury

Enlace original: Telerobotic system designed to treat bladder cancer

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