Robot pulmonar dirigible alcanza objetivos imposibles incluso con broncoscopio robótico

El cáncer de pulmón es una de las principales razones de muertes relacionadas con el cáncer en todo el mundo. Detectar y alcanzar pequeños tumores alojados profundamente en el tejido pulmonar es un obstáculo importante para los profesionales médicos. Para superar este obstáculo, los investigadores han estado trabajando en un robot muy flexible pero robusto que puede navegar a través del tejido pulmonar.

La investigación de la Facultad de Medicina de la UNC (Chapel Hill, Carolina del Norte, EUA) alcanzó un nuevo hito cuando el equipo demostró que su robot puede viajar de forma autónoma de un punto a otro evitando estructuras anatómicas cruciales como pequeñas vías respiratorias y vasos sanguíneos en un modelo de laboratorio viviente. El robot de agujas dirigible autónomo comprende varios elementos. Un controlador mecánico que ofrece un empuje controlado de la aguja, lo que le permite moverse tanto hacia adelante como hacia atrás. Fabricada a partir de una aleación de níquel y titanio, la aguja en sí misma está diseñada para permitir la dirección a lo largo de trayectos curvos y está grabada con láser para mejorar su flexibilidad y permitir un movimiento suave a través del tejido.

A medida que avanza, el diseño grabado de la aguja le permite navegar alrededor de obstáculos sin esfuerzo. Se pueden usar instrumentos adicionales, como catéteres, con la aguja para ejecutar procedimientos como biopsias de pulmón. Para atravesar el tejido, la aguja se basa en tomografías computarizadas e inteligencia artificial para construir un mapa 3D del pulmón de la persona, incorporando características como vías respiratorias, vasos sanguíneos y el área objetivo. Una vez colocada en su posición inicial, el software impulsado por IA ordena a la aguja que viaje de forma autónoma entre puntos designados evitando estructuras vitales.

Tener en cuenta el movimiento constante de los pulmones debido a la respiración presenta un desafío adicional. Los pulmones son únicos porque se expanden y contraen continuamente, lo que dificulta la localización precisa. Los investigadores lo equiparan con apuntar a un objetivo en movimiento. Para superar esto, probaron el robot en un modelo de laboratorio que imitaba la contención intermitente de la respiración. Cada vez que el sujeto contiene la respiración, el robot está programado para avanzar.

"Esta tecnología nos permite alcanzar objetivos que de otro modo no podríamos alcanzar con un broncoscopio estándar o incluso robótico", dijo Jason Akulian, MD MPH, en el Departamento de Medicina de la UNC. "Le proporciona unos pocos centímetros o incluso unos pocos milímetros adicionales, lo que sería de gran ayuda a la hora de perseguir objetivos pequeños en los pulmones".

"La aguja orientable autónoma que hemos desarrollado es muy compacta, pero el sistema incluye un conjunto de tecnologías que permiten que la aguja navegue autónomamente en tiempo real", añadió Ron Alterovitz, PhD, investigador principal del proyecto. "Es similar a un automóvil autónomo, pero navega a través del tejido pulmonar, evitando obstáculos como vasos sanguíneos importantes mientras viaja hacia su destino".

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Facultad de Medicina de la UNC