La invención de la mano robótica avanza para la cirugía cerebral mínimamente invasiva

Una diminuta mano robótica diseñada para mejorar la neurocirugía está un paso más cerca de la práctica clínica. La herramienta microrobótica es creada por un equipo de investigadores de la Universidad de Toronto dirigido por Eric Diller, profesor asociado en el departamento de ingeniería mecánica e industrial de la Facultad de Ciencias Aplicadas e Ingeniería. Operado por un sistema electromagnético, el dispositivo permite a los cirujanos acceder áreas del cerebro de difícil acceso con un nivel mínimo de invasividad, lo que promete un tratamiento y una recuperación más rápidos para los pacientes. “Estamos diseñando el mecanismo que impulsa esta mano robótica, que básicamente actuará como la mano de un cirujano”, dice Diller. "También estamos usando campos magnéticos para hacer que esta pequeña mano se mueva, que es nuestro enfoque único para hacer esto". El equipo presentará sus últimos hallazgos en la Conferencia Internacional IEEE sobre Robótica y Automatización (ICRA) de 2023 a finales de esta primavera. Su nuevo documento de conferencia examina la viabilidad de las herramientas recientemente desarrolladas para garantizar que estén listas para los ensayos preclínicos. "Nadie más ha desarrollado estas herramientas magnéticas inalámbricas antes", dice Diller. "Entonces, necesitábamos categorizar los diferentes tipos de elementos operativos básicos que haría un cirujano, como tirar del tejido, retraer y aplicar fuerza para cortar el tejido. Determinamos que para la cirugía cerebral, incluidos los procedimientos dirigidos a la epilepsia o la extirpación tumores: podemos obtener suficiente fuerza para realizar las tareas de neurocirugía necesarias". Los diseños presentados en el nuevo estudio son una extensión de dos artículos anteriores publicados en 2021 en colaboración con James Drake, cirujano jefe del Hospital for Sick Children ( SickKids) y profesor de cirugía en la Facultad de Medicina de Temerty de la U de T. Desde entonces, el equipo ha desarrollado un sistema de bobina electromagnética a escala clínica, que fue diseñado y construido por el ex alumno de Ingeniería de la U de T Adam Schonewille, ex alumno de Diller's El sistema tiene un volumen de trabajo que es aproximadamente del tamaño de una cabeza humana adulta, con todos los electroimanes ubicados debajo de una superficie plana, un requisito de diseño para el equipo de Drake en SickKids, ya que los cirujanos requieren acceso sin obstáculos al paciente. "Los robots quirúrgicos existentes ya ocupan mucho espacio en la sala de operaciones, por lo que queríamos que nuestro sistema fuera lo más discreto posible y al mismo tiempo le diera al campo magnético la fuerza necesaria para realizar el trabajo", dice Cameron Forbrigger, quien obtuvo su doctorado. de U of T Engineering el año pasado y es el autor principal del nuevo artículo. "Este sistema electromagnético es un gran paso adelante para la viabilidad de nuestro enfoque quirúrgico, y hemos visto mucho interés en él por parte de investigadores internacionales en nuestro campo". Una contribución significativa de la tesis doctoral de Forbrigger involucró el modelado de cómo el diseño magnético de una herramienta da forma a su respuesta al campo magnético. Usando ese modelo, pudo clasificar los diseños de herramientas en función de su rendimiento previsto. "Esto acelera nuestro proceso de diseño porque no necesitamos construir una herramienta y probarla para saber cómo se comportará", dice. "Este modelo también nos permitió desarrollar una estrategia de control que calcula automáticamente el campo magnético óptimo necesario para mover la herramienta a través del movimiento deseado". El equipo también está trabajando para superar un desafío importante al que se enfrentan muchos robots quirúrgicos: adquirir información en tiempo real sobre la ubicación y orientación de la herramienta. Los cirujanos que utilicen la herramienta deberán insertarla por un canal hasta el cerebro y saber dónde está. Para simular esto, el equipo de investigación utiliza cerebros "fantasmas" hechos de goma, insertando la herramienta larga y delgada en el modelo que tiene el mismo tamaño y forma que un cerebro real. Si bien la cámara en la punta de la herramienta proporciona cierta información de ubicación, Diller dice que los comentarios no son muy precisos debido a su pobre punto de vista. Para superar este desafío visual, el candidato a doctorado Erik Fredin, el segundo autor del documento de la conferencia, está desarrollando un algoritmo de visión por computadora utilizando el aprendizaje automático, que es crucial para la utilidad de la herramienta. Los resultados de la visión por computadora muestran que puede detectar los ángulos de la herramienta mientras el operador la controla. El próximo paso hacia el uso clínico y la comercialización será trasladar el sistema electromagnético y las herramientas al hospital SickKids para realizar ensayos con animales vivos. "Los cirujanos pueden mostrarse escépticos acerca de la eficacia de una nueva herramienta quirúrgica hasta que la ven probada en un escenario realista, y con razón", dice Forbrigger, quien ahora es investigador postdoctoral en ETH Zürich. "Hemos puesto mucho esfuerzo en demostrar cuantitativamente el rendimiento de las herramientas, pero ahora hemos llegado al punto en que los modelos animales son el próximo paso crítico hacia un mayor desarrollo".