Pequeñas herramientas robóticas permiten cirugías cerebrales mínimamente invasivas

En las últimas décadas, se ha producido un notable aumento en el desarrollo de herramientas robóticas diseñadas para facilitar cirugías mínimamente invasivas, lo que ha mejorado significativamente los tiempos de recuperación y los resultados para los pacientes. Estos avances permiten ahora a los cirujanos replicar los movimientos de la mano y la muñeca a escala centimétrica, siendo estas herramientas de uso común en cirugías que involucran el torso. Sin embargo, la neurocirugía presenta un entorno más desafiante debido al espacio más pequeño y confinado dentro del cerebro.

Las herramientas quirúrgicas robóticas tradicionales, que suelen funcionar mediante cables conectados a motores eléctricos, presentan limitaciones en espacios tan estrechos. Estas herramientas funcionan de forma similar a cómo los dedos humanos se mueven mediante tendones conectados a los músculos de la muñeca. Sin embargo, a escalas más pequeñas, este enfoque basado en cables se vuelve problemático, ya que la fricción que generan afecta el rendimiento y reduce la fiabilidad de la operación. Para abordar este problema, un equipo de ingenieros ha desarrollado un conjunto de diminutos instrumentos robóticos capaces de permitir la "cirugía de ojo de cerradura" en el cerebro.

El equipo de Ingeniería de la Universidad de Toronto (Toronto, Ontario, Canadá), junto con colaboradores, ha desarrollado un conjunto de herramientas robóticas de tan solo 3 milímetros de diámetro para sujetar, traccionar y cortar tejido. Estas herramientas en miniatura funcionan gracias a campos magnéticos externos en lugar de motores, lo que permite su pequeño tamaño y funcionamiento preciso. Durante varios años, el equipo de investigación ha trabajado en una alternativa al sistema convencional accionado por cable utilizado en las herramientas quirúrgicas robóticas existentes. En lugar de depender de cables y poleas, sus herramientas incorporan materiales magnéticamente activos que responden a campos electromagnéticos controlados externamente por el equipo quirúrgico.

El sistema consta de dos componentes clave. El primero son las propias herramientas robóticas: una pinza, un bisturí y un juego de fórceps. El segundo componente es una mesa quirúrgica especialmente diseñada, denominada mesa de bobinas, que contiene múltiples bobinas electromagnéticas integradas. En este diseño, la cabeza del paciente se coloca sobre estas bobinas y las herramientas robóticas se insertan en el cerebro a través de una pequeña incisión. Al ajustar la corriente que circula por las bobinas, el equipo puede manipular los campos magnéticos, lo que permite que las herramientas agarren, tiren o corten tejido según sea necesario. Para probar la funcionalidad de estas herramientas, el equipo trabajó con médicos e investigadores para crear un cerebro fantasma a escala real, fabricado con silicona, que simula la geometría de un cerebro humano real.

Para simular las propiedades del tejido cerebral, el equipo utilizó pequeños trozos de tofu y frambuesas. Se eligió el tofu porque imita la textura del cuerpo calloso, la parte del cerebro donde se realizan los cortes con el bisturí. Por otro lado, se utilizaron frambuesas para probar la capacidad de las pinzas para extraer tejido, replicando el proceso mediante el cual un cirujano eliminaría tejido enfermo. El rendimiento de estas herramientas controladas magnéticamente se comparó con el de herramientas estándar operadas por médicos capacitados. Los hallazgos, publicados en la revista Science Robotics, revelaron que el bisturí magnético produjo cortes consistentemente estrechos y precisos, con un ancho promedio de 0,3 a 0,4 milímetros. Este nivel de precisión superó al de las herramientas manuales tradicionales, que produjeron cortes de entre 0,6 y 2,1 milímetros. Las pinzas recogieron con éxito el tejido objetivo el 76 % de las veces. Además, cuando se probaron en modelos animales, las herramientas tuvieron un rendimiento similar. A pesar del progreso, los investigadores señalan que aún puede pasar algún tiempo antes de que estas herramientas se utilicen en cirugías reales. Sin embargo, son optimistas sobre el potencial de esta tecnología y su capacidad para revolucionar la cirugía cerebral.

"El desarrollo tecnológico de dispositivos médicos, especialmente robots quirúrgicos, puede tardar años o décadas. Aún queda mucho por descubrir. Queremos asegurarnos de que nuestro sistema de generación de campo se integre cómodamente en el quirófano y que sea compatible con sistemas de imagen como la fluoroscopia, que utiliza rayos X" explicó el profesor Eric Diller (MIE). "Se trata de un enfoque radicalmente diferente para fabricar y operar este tipo de herramientas, pero también puede generar capacidades que van mucho más allá de lo que podemos hacer hoy".

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Ingeniería de la Universidad de Toronto