¿Confías tu cuerpo a un robot cirujano?

En la brillante cueva roja de la cavidad abdominal del paciente, el cirujano Michael Stifelman guía cuidadosamente los dos brazos robóticos para atar un nudo alrededor de los hilos. Él controla una tercera mano con una aguja, suturando un agujero en el riñón del paciente donde solía estar el tumor. Otro manipulador sostiene un endoscopio que envía video a la pantalla Steifelman. Cada brazo robot ingresa al cuerpo a través de una pequeña incisión de 5 milímetros de ancho.

Ver este procedimiento complejo significa maravillarse de lo que se puede lograr trabajando en conjunto con el robot. Styelman, Director, Centro de Cirugía RobóticaLangon, de la Universidad de Nueva York, después de haber realizado varios miles de operaciones quirúrgicas con un robot, está manipulando manipuladores utilizando el panel de control. Girando la muñeca y juntando los dedos, obliga al instrumento dentro del cuerpo a repetir los mismos movimientos, solo que en una escala mucho más pequeña. "El robot es uno conmigo", dice Steifelman, mientras sus apéndices mecánicos atan otro nudo.

Pero algunos robots, observando estos movimientos hábiles, no verían un milagro, sino un potencial perdido. Steifelman es un experto capacitado con valiosas habilidades y experiencia en la toma de decisiones. Pero pasa su precioso tiempo cosiendo, afinando después de la operación quirúrgica principal. Si el robot mismo pudiera llevar a cabo este procedimiento monótono, el cirujano estaría libre para cosas más importantes.



Los robots de hoy amplían las capacidades del cirujano; filtran el temblor en las manos y le permiten hacer movimientos que el mejor médico no hubiera realizado durante la laparoscopía con sus instrumentos largos y delgados (apodados "palillos chinos"). Pero al mismo tiempo, el robot es solo una herramienta más sofisticada bajo el control directo de una persona. Dennis Fowler, vicepresidente ejecutivo de Robosurgeons, una compañía de Titan Medical , cree que la medicina sería mejor si los robots se vuelven autónomos, tomando decisiones y completando sus tareas asignadas de forma independiente. "Esta mejora tecnológica debería agregar confiabilidad y reducir la cantidad de errores que ocurren debido a las personas", dice Fowler, quien trabajó como cirujano durante 32 años antes de ingresar a esta industria.

Dar a los robots tal promoción no es una perspectiva muy lejana. La mayoría de las tecnologías se desarrollan activamente en laboratorios científicos e industriales. Mientras trabajan con modelos de goma de personas, los robots experimentales cosen y limpian heridas, cortan tumores. Algunas competiciones entre ellos y las personas ya han demostrado que los robots funcionan de manera más precisa y eficiente. El mes pasado, un sistema robótico en un hospital de Washington mostró este resultado al suturar tejido real tomado de los intestinos de cerdo. Los investigadores compararon el trabajo de un robot autónomo y un cirujano, y descubrieron que las puntadas del robot eran más uniformes y más densas para cubrir la incisión.

Aunque estos sistemas no están preparados para el uso humano, pueden representar el futuro de la cirugía. El tema es resbaladizo, ya que implica una pérdida de trabajo por parte de los cirujanos. Pero en la sala de operaciones, es como en una línea de montaje: si la automatización mejora los resultados, no la detendrá.



Gutan Ashrafian , cirujano para extirpar partes del sistema digestivo para perder peso y profesor en el Imperial College de Londres, está estudiando los resultados de la cirugía robótica.y a menudo escribe sobre el potencial de la IA en el cuidado de la salud: "Pienso en eso todo el tiempo", admite. Él cree que la llegada de robosurgeons es inevitable, sin embargo, sigue siendo cauteloso en la elección de las formulaciones. En el futuro previsible, Ashrafian espera que los cirujanos robóticos realicen tareas simples a las órdenes de un cirujano. “Nuestro objetivo es mejorar los resultados de las operaciones. Si el uso de un robot salvará vidas y reducirá los riesgos, entonces se nos requerirá usar estos dispositivos ".

Ashrafian también mira hacia el futuro: según él, es muy posible que los robots de la próxima generación aparezcan en la medicina, que podrán tomar decisiones ellos mismos usando IA real. Tales máquinas podrán no solo realizar tareas rutinarias, sino también realizar operaciones por completo. Según Ashrafian, esto parece poco probable, pero el camino de la innovación técnica puede llevarnos allí. "Este es un proceso paso a paso, y cada uno de los pequeños pasos no es tan grande", dice. "Pero un cirujano de 1960 no habría sabido nada en mi quirófano hoy". Y en 50 años, en mi opinión, el mundo de la cirugía será diferente ".

Los robosurgeons ya toman decisiones y actúan de forma independiente con más frecuencia de lo que imaginabas. Con corrección de la visiónUn sistema automático corta un colgajo corneal y genera una serie de pulsos láser para cambiar la forma de la capa interna. Al reemplazar las rodillas, los robots cortan los huesos con mayor precisión que los cirujanos humanos. En clínicas costosas de trasplante capilar, el robot identifica folículos pilosos sanos en la cabeza, los recoge y prepara un área calva para los implantes, haciendo pequeños agujeros en la cabeza de acuerdo con un cierto patrón, ahorrando al médico muchas horas de rutina.

La cirugía de tejidos blandos en el pecho, el abdomen y el área pélvica sigue siendo un problema. La anatomía de las personas varía ligeramente, y un robot autónomo tendrá que comprender muy bien los tejidos internos blandos y los vasos serpentinos. Además, los órganos internos del paciente pueden moverse durante las operaciones, por lo que el robot necesitará ajustar constantemente el plan de operación.

También debe comportarse de manera confiable en situaciones críticas. Esta tarea se demostró en el Centro de Cirugía de la Universidad de Nueva York, donde Steifelman liberó la pinza arterial que bloqueaba el flujo de sangre al riñón durante la extracción del tumor. "Ahora debemos asegurarnos de que no estamos sangrando", dice, controlando el endoscopio alrededor del órgano. La mayoría de las costuras se ven bien, pero de repente aparece una fuente roja en la pantalla. "Wow, ¿has visto? Consigamos otro hilo ”, le dice al asistente. Al bloquear el hilo con una puntada rápida, Steifelman puede completar la operación.

Para él, esto es parte de su trabajo diario, pero ¿cómo afrontará un cirujano robótico una situación inesperada? Su sistema de visión por computadora necesitará reconocer un problema grave en su fuente de sangre. Entonces el tomador de decisiones tendrá que decidir cómo llenar el vacío. Luego, las herramientas entrarán en funcionamiento, entre las cuales habrá una aguja y un hilo. Finalmente, el evaluador evaluará los resultados y determinará si se necesitan acciones adicionales. Configurar un robot para realizar cada uno de estos pasos a la perfección (medir datos, tomar decisiones, actuar y evaluar) es una tarea de ingeniería grande y difícil.

Steifelman , que ahora trabaja en el Centro Médico de la Universidad Hackensack en Nueva Jersey, realizó operaciones en la Universidad de Nueva York utilizando el robot da Vinci . Este coche es de la empresaLa cirugía intuitiva cuesta hasta $ 2.5 millones y es el único sistema robótico de tejidos blandos aprobado en los Estados Unidos. Si bien Da Vinci domina el mercado, 3.600 de estos dispositivos ya están funcionando en todo el mundo. Pero su camino hacia el éxito no siempre fue fácil. Los pacientes demandaron debido a problemas en las mesas de operaciones, un estudio afirmó que estos incidentes no siempre se informaron. Algunos cirujanos discuten si los robosurgeons aportan ventajas reales en las operaciones laparoscópicas, citando estudios contradictorios de los resultados de las operaciones en varios casos. A pesar de estas controversias, muchos hospitales han alojado tecnología intuitiva, y muchos pacientes están ansiosos por ello.

"Da Vinci" está completamente controlado por el cirujano, sus manipuladores de plástico y metal permanecen inmóviles hasta que el médico toma las palancas del control remoto. Intuitive quiere dejar todo de esa manera por ahora, como lo explicó Simon Dimayo, gerente del departamento de investigación y desarrollo de los sistemas avanzados de la compañía. Pero, agrega, los expertos en robótica ya se están acercando a un futuro en el que los cirujanos operarán con "niveles crecientes de ayuda y dirección de la computadora".

Dimao compara la investigación en esta área con los primeros diseños de vehículos robóticos. "Los primeros pasos son reconocer marcas, obstáculos, automóviles y peatones", señala. Luego, los ingenieros crearon automóviles para ayudar a los conductores a reconocer el medio ambiente; por ejemplo, un automóvil que conoce la ubicación de los automóviles circundantes puede alertar al conductor cuando intenta cambiar de carril cuando no es deseable. Para emitir los mismos comentarios a los cirujanos robóticos, advirtiendo a una persona cuyos instrumentos se desviaron del camino típico, uno necesita ser mucho más inteligente. Afortunadamente, muchos autos ya están aprendiendo.

Un cirujano robótico en un rincón del laboratorio de la Universidad de California en Berkeley aún no puede atar nudos, pero ya cose bien. Cuando se trabaja con el emulador de la carne, un manipulador dibuja una aguja amarilla curva a través de los bordes de la "herida". El segundo tira de la aguja que emerge de la "carne" para apretar el hilo. Las manos humanas no los dirigen, y el cerebro no calcula su camino. El robot autónomo luego pasa la aguja hacia atrás y todo comienza de nuevo.

Mientras el robot continúa trabajando, Ken Goldberg, que parece un profesor de los Muppets, corre por el laboratorio. Goldberg, director del laboratorio de Berkeley para la investigación de automatización e ingeniería, profesor en cuatro áreas, incluida la ingeniería eléctrica y el arte, tiene la reputación de poder lograr resultados sorprendentes con los robots. En la pared del laboratorio cuelga un retrato pintado por uno de sus primeros robots, donde su rostro y su torso están dibujados por torpes trazos azules y rojos.

Hasta ahora, la "carne" cosida por el robot es solo goma rosa. Pero la tecnología ya es bastante real. En 2012, Intuitives comenzó a dar sistemas Da Vinci donados a investigadores de universidades de todo el mundo. Y cuando Goldber le enseña a su Da Vinci cómo realizar operaciones de manera independiente, los mismos algoritmos podrían controlar teóricamente sistemas reales en operaciones en pacientes vivos. "Por ahora, estamos conduciendo a lo largo del sitio de prueba", dice Goldberg, "pero un día saldremos a la carretera". Él cree que las operaciones simples se automatizarán en los próximos 10 años.

Para realizar la tarea de costura autónoma, el Goldberg da Vinci calcula los puntos óptimos de entrada y salida de cada puntada y la trayectoria de la aguja, siguiendo su movimiento utilizando sensores y cámaras. La aguja está pintada de amarillo brillante para que la computadora la reconozca mejor. Y aún así la tarea sigue siendo difícil. Los resultados publicados del trabajo dicen que el robot completó solo el 50% de los procedimientos para crear cuatro puntadas, por lo general, el segundo manipulador no pudo agarrar la aguja o enredarla en los hilos.

El profesor aclara que incluso si los robots aprenden a realizar operaciones simples bien, todavía considera necesario tener cirujanos vivos como observadores. Él ve "autonomía bajo supervisión". "El cirujano sigue siendo responsable de la operación", dice, "pero los aspectos de bajo nivel del procedimiento son realizados por el robot". Si los robots realizan un trabajo pesado y monótono con precisión y calidad constante, "compare el trabajo de una máquina de coser con una costura manual", combinar la máquina con una persona puede crear un súper cirujano.

Pronto, según Goldberg, los robots alcanzarán la calidad necesaria para los hospitales, ya que comienzan a aprender por su cuenta. En el último experimentoPara el entrenamiento a través de la observación, Da Vinci registró los datos de las operaciones realizadas por ocho cirujanos de varias clases, cuando aplicaron cuatro puntos con la ayuda de manipuladores. El algoritmo de aprendizaje extrajo datos visuales y cinemáticos, dividió la operación en pasos (colocando la aguja, presión sobre la aguja y otros) para realizarlos secuencialmente. Por lo tanto, da Vinci puede, en principio, aprender cualquier procedimiento quirúrgico.



Goldberg está convencido de que aprender a través de la observación es el único enfoque efectivo. "Creemos que el aprendizaje automático es el tema más interesante en este momento", dice, "ya que la creación de algoritmos de abajo hacia arriba no es escalable". Por supuesto, hay muchas tareas, y las tareas complejas requerirán robots para procesar datos de miles de operaciones. Pero suficientes datos. Cada año, los cirujanos realizan 500,000 cirugías con Da Vinci. ¿Qué pasaría si compartieran datos de todas las operaciones (manteniendo la privacidad del paciente), permitiendo que AI aprenda? Cada vez que un cirujano usa un robot de asistencia para suturar con éxito un riñón, por ejemplo, la IA podría mejorar su comprensión de este procedimiento. "El sistema podría extraer datos, mejorar algoritmos y solucionar el problema", dice Goldberg. Todos seríamos más listos juntos ".



La automatización en el quirófano no tiene que incluir una aguja, un bisturí u otra cosa afilada y peligrosa. Dos compañías que introducen robosurgeons en el mercado han desarrollado cámaras que se mueven automáticamente, dando al cirujano una imagen conveniente de la operación, como si le leyera la mente. Hoy en día, los cirujanos que usan la máquina da Vinci todavía se detienen para mover la cámara o pedir un asistente.

TransEnterixde Morrisville, luchando por competir con Da Vinci con su sistema Alf-X, ya disponible en Europa. El sistema incluye seguimiento ocular integrado en el panel de control y controla el endoscopio, una cámara delgada de fibra óptica que penetra en el cuerpo del paciente. Cuando el cirujano ve la imagen en la pantalla, Alf-X mueve la cámara para que lo que le interesa al cirujano permanezca en el centro de la pantalla. "Los ojos del cirujano se convierten en un mouse de computadora", dijo Anthony Fernando, Director de Tecnología TransEnterix.

Sistema Sistema quirúrgico Deportede Titan Medical de Toronto adopta un enfoque diferente para la automatización de imágenes. Este sistema introduce cámaras pequeñas en la cavidad del cuerpo, y giran y apuntan dependiendo de la posición de los instrumentos del cirujano. Este tipo de automatización es un primer paso conveniente para los robosurgeons, dice Fowler, un portavoz de la compañía. Y lo más probable es que a los reguladores no les importe. Fowler confía en que cuando la compañía presente una solicitud de aprobación de su equipo en Europa este año, y en los Estados Unidos el próximo año, el sistema de cámara no planteará ninguna pregunta. "Pero si la automatización significa que la computadora controla la cortadora, entonces dicho sistema requerirá pruebas adicionales", dice.



Los intuitivos esperan los desafíos de los principales rivales. Medtronic, uno de los mayores fabricantes de dispositivos médicos del mundo, está desarrollando un sistema de cirugía robótica , sobre el cual aún no se lo cuenta a nadie. Google se unió el año pasado con Johnson & Johnson para lanzar Verb Surgical , un sistema con "capacidades robóticas avanzadas", según un comunicado de prensa. Los analistas basados ​​en dicha actividad predicen un auge en el mercado. Un reciente informe de WinterGreen Research dijo que el mercado global de robots abdominales (Da Vinci y sus rivales) crecerá de $ 2.2 mil millones en 2014 a $ 10.5 mil millones para 2021.

Si el pronóstico se cumple, y los robosurgeons se vuelven comunes en las salas de operaciones, naturalmente, confiaremos en ellos con tareas cada vez más complejas. Y si demuestran que se puede confiar en ellos, el papel de los cirujanos humanos puede cambiar drásticamente. Algún día, los cirujanos podrán reunirse con los pacientes y desarrollar un curso de tratamiento, y luego solo verán cómo los robots cumplen sus órdenes.

Gutan Ashrafian, un cirujano que elimina partes del sistema digestivo para perder peso, dice que el profesional está dispuesto a aceptar estos cambios. La historia de la medicina muestra que los cirujanos "siempre mejoran con entusiasmo su efectividad", dice, y agrega que están listos para aceptar cualquier herramienta útil. "Nadie ya está operando solo con un bisturí", dice Ashrafian con ironía. Si los robots independientes aprenden a realizar tareas quirúrgicas lo suficientemente bien, el mismo principio funcionará. En busca de la perfección, los cirujanos pueden algún día liberar la cirugía por completo.

Source: https://habr.com/ru/post/es394805/