Los robots quirúrgicos teleoperados se están volviendo comunes en los quirófanos, pero muchos son enormes a veces ocupan una sala entera y difíciles de manipular. Una nueva colaboración entre el Instituto Wyss de Harvard y Sony Corporation ha creado el mini-RCM, un robot quirúrgico quetamaño de una pelota de tenis que pesa tanto como un centavo, y funcionó significativamente mejor que las herramientas operadas manualmente en procedimientos delicados de cirugía simulada.
La cirugía laparoscópica mínimamente invasiva, en la que un cirujano utiliza herramientas y una pequeña cámara insertada en pequeñas incisiones para realizar operaciones, ha hecho que los procedimientos quirúrgicos sean más seguros tanto para los pacientes como para los médicos durante el último medio siglo. Recientemente, han comenzado a aparecer robots quirúrgicosen quirófanos para ayudar aún más a los cirujanos al permitirles manipular múltiples herramientas a la vez con mayor precisión, flexibilidad y control de lo que es posible con las técnicas tradicionales. Sin embargo, estos sistemas robóticos son extremadamente grandes, a menudo ocupan una sala completa y sus herramientaspueden ser mucho más grandes que los delicados tejidos y estructuras sobre las que operan.
Una colaboración entre el miembro de la facultad asociada de Wyss, Robert Wood, Ph.D. y el ingeniero de robótica Hiroyuki Suzuki de Sony Corporation ha llevado la robótica quirúrgica a la microescala mediante la creación de un nuevo centro remoto de movimiento en miniatura inspirado en el origami el "mini-RCM ". El robot es del tamaño de una pelota de tenis, pesa aproximadamente un centavo y realizó con éxito una difícil tarea quirúrgica simulada, como se describe en un número reciente de Nature Machine Intelligenc e.
"Las capacidades técnicas únicas del laboratorio de Wood para fabricar micro-robots han dado lugar a una serie de inventos impresionantes en los últimos años, y estaba convencido de que también tenía el potencial de hacer un gran avance en el campo de los manipuladores médicos.", dijo Suzuki, quien comenzó a trabajar con Wood en el mini-RCM en 2018 como parte de una colaboración Harvard-Sony." Este proyecto ha sido un gran éxito ".
Un mini robot para micro tareas
Para crear su robot quirúrgico en miniatura, Suzuki y Wood recurrieron a la técnica de fabricación Pop-Up MEMS desarrollada en el laboratorio de Wood, en la que los materiales se depositan uno encima del otro en capas que se unen entre sí, luego se cortan con láser en un específicopatrón que permite que la forma tridimensional deseada "emerja", como en un libro ilustrado emergente para niños. Esta técnica simplifica enormemente la producción en masa de estructuras pequeñas y complejas que de otra manera tendrían que ser cuidadosamente construidas a mano.
El equipo creó una forma de paralelogramo para que sirviera como estructura principal del robot, luego fabricó tres actuadores lineales mini-LA para controlar el movimiento del robot: uno paralelo a la parte inferior del paralelogramo que lo eleva y lo baja, uno perpendicularal paralelogramo que lo gira, y uno en la punta del paralelogramo que extiende y retrae la herramienta en uso. El resultado fue un robot que es mucho más pequeño y liviano que otros dispositivos microquirúrgicos desarrollados previamente en la academia.
Los mini-LA son en sí mismos maravillas en miniatura, construidas alrededor de un material cerámico piezoeléctrico que cambia de forma cuando se aplica un campo eléctrico. El cambio de forma empuja la "unidad de corredor" del mini-LA a lo largo de su "unidad de riel" como un tren envías del tren, y ese movimiento lineal se aprovecha para mover el robot. Debido a que los materiales piezoeléctricos se deforman inherentemente a medida que cambian de forma, el equipo también integró sensores ópticos basados en LED en el mini-LA para detectar y corregir cualquier desviación del movimiento deseado, comocomo los causados por temblores en las manos.
Más firme que las manos de un cirujano
Para imitar las condiciones de una cirugía teleoperada, el equipo conectó el mini-RCM a un dispositivo Phantom Omni, que manipuló el mini-RCM en respuesta a los movimientos de la mano de un usuario controlando una herramienta similar a un bolígrafo. Su primera prueba evaluóLa capacidad de un ser humano para trazar un cuadrado diminuto más pequeño que la punta de un bolígrafo, mirar a través de un microscopio y trazarlo a mano o trazarlo con el mini-RCM. Las pruebas del mini-RCM mejoraron drásticamente la precisión del usuario, reduciendo el error al68% en comparación con la operación manual, una cualidad especialmente importante dada la precisión requerida para reparar estructuras pequeñas y delicadas en el cuerpo humano.
Dado el éxito del mini-RCM en la prueba de rastreo, los investigadores crearon una versión simulada de un procedimiento quirúrgico llamado canulación de la vena retiniana, en el que un cirujano debe insertar con cuidado una aguja a través del ojo para inyectar la terapéutica en las pequeñas venas en elparte posterior del globo ocular. Fabricaron un tubo de silicona del mismo tamaño que la vena de la retina aproximadamente el doble del grosor de un cabello humano y lo perforaron con éxito con una aguja adherida al extremo del mini-RCM sin causar daños o alteraciones locales..
Además de su eficacia para realizar delicadas maniobras quirúrgicas, el pequeño tamaño del mini-RCM proporciona otro beneficio importante: es fácil de configurar e instalar y, en caso de una complicación o un corte eléctrico, el robot se puede quitar fácilmente.del cuerpo de un paciente a mano.
"El método Pop-Up MEMS está demostrando ser un enfoque valioso en una serie de áreas que requieren máquinas pequeñas pero sofisticadas, y fue muy satisfactorio saber que tiene el potencial de mejorar la seguridad y la eficiencia de las cirugías para realizarson incluso menos invasivos para los pacientes ", dijo Wood, quien también es profesor de Ingeniería y Ciencias Aplicadas en Charles River en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas SEAS John A. Paulson de Harvard.
Los investigadores tienen como objetivo aumentar la fuerza de los actuadores del robot para cubrir las fuerzas máximas experimentadas durante una operación y mejorar su precisión de posicionamiento. También están investigando el uso de un láser con un pulso más corto durante el proceso de mecanizado, para mejorar laResolución de detección de LA.
"Esta colaboración única entre Wood lab y Sony ilustra los beneficios que pueden surgir de combinar el enfoque de la industria en el mundo real con el espíritu innovador de la academia, y esperamos ver el impacto que este trabajo tendrá en la robótica quirúrgica enen el futuro cercano ", dijo el director fundador del Wyss Institute, Don Ingber, MD, Ph.D., quien también es el profesor Judah Folkman de biología vascular en la Escuela de Medicina de Harvard y el Hospital de Niños de Boston, y profesor de bioingeniería en SEAS.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Wyss de Ingeniería de Inspiración Biológica en Harvard . Original escrito por Lindsay Brownell. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
Referencia de la revista :
cite esta página :