Tradicionalmente, los cirujanos dependen de una combinación de experiencia, memoria muscular y su sentido del tacto para determinar instintivamente las herramientas y técnicas correctas para ejecutar cada procedimiento. A medida que realizan más y más cirugías, estos instintos se vuelven más precisos. Cuando un cirujano se dirige a la mesa quirúrgica y recoge una herramienta, ya ha determinado la ubicación correcta de la incisión y las fuerzas de contacto necesarias para completar la tarea.
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La capacidad de un cirujano de usar su conocimiento e intuición para llevar a cabo los procedimientos lo convierte en un experto altamente eficiente y buscado en su respectivo campo. Al usar sus experiencias junto con sus sentidos, los cirujanos operan literalmente por tacto y pueden hacer ajustes en tiempo real sobre la marcha. Enseñarle a un robot a realizar una tarea tan compleja como la cirugía en un humano es un desafío, ya que este tipo de equipo de automatización presenta una funcionalidad muy limitada. Un robot por sí solo no tiene recuerdos ni sentidos y ofrece poco en cuanto a control dinámico o asistencia activa. Con tecnología como los sensores de fuerza y torque de ATI, los robots tienen la capacidad de sentir su entorno y pueden realizar más tareas de valor agregado.
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La Universidad de Vanderbilt alberga el Laboratorio de aplicaciones avanzadas de robótica y mecanismo (ARMA) dirigido por el profesor Nabil Simaan. El laboratorio es parte de la Escuela de ingeniería mecánica de la universidad y se centra en la investigación robótica avanzada para aplicaciones médicas. La investigación de ARMA busca implementar cirugías robóticas de manera que disminuyan la incomodidad del paciente y el tiempo de recuperación. Una forma de hacerlo es conectar a los cirujanos remotos con los robots quirúrgicos en procedimientos mínimamente invasivos. Esperan permitir un mayor nivel de atención al paciente al reducir la variabilidad en la cirugía robótica.
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El robot quirúrgico de hoy depende en gran medida del aporte humano: a pesar de que un robot está moviendo las herramientas y tocando físicamente al paciente, aún requiere “programación” para saber qué herramienta usar, dónde colocarla, cuándo cortar, cuánta fuerza usar, etc. El cirujano maneja todas estas variables de forma remota, además de ejecutar el procedimiento en sí, lo que hace que la cirugía robótica sea tediosa.
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Los investigadores de ARMA se esfuerzan por hacer que los robots participen de manera más activa para ayudar a salvar la desconexión de los cirujanos. La ingeniería inversa del sentido del tacto de un cirujano ha sido todo un desafío para ellos. Los cirujanos trabajan por tacto, lo que significa que se desconocen las cantidades exactas de fuerzas de contacto necesarias para ejecutar los procedimientos. El Dr. Simaan y su equipo desarrollaron un modelo interactivo que permite medir y controlar las fuerzas de contacto mediante la retroalimentación de los sensores de fuerza y torque (F/T) de ATI Industrial Automation.
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El modelo que idearon interpreta la información de la fuerza de contacto obtenida de la cirugía robótica simulada. La aplicación incluye un brazo robótico del kit de investigación DaVinci y un sensor de F/T de ATI montado en un “paciente” hecho de silicio. A medida que el cirujano ejecuta el procedimiento, las fuerzas y los torques ejercidos por el robot en la maqueta de silicio se capturan en tiempo real, lo que proporciona una idea de lo que experimenta un paciente humano.
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En realidad, no podemos colocar un sensor de fuerza dentro del cuerpo humano para recopilar estos datos. Sin embargo, la aplicación ARMA proporciona un eslabón perdido entre el cirujano remoto y el lado del paciente del procedimiento. Mediante el desarrollo de un modelo de pronóstico, los cirujanos pueden comprender el impacto del proceso en el cuerpo. Los sensores de F/T de ATI capturan datos de los seis grados de libertad simultáneamente, lo que permite que los datos de ubicación altamente exactos y precisos representen modelos realistas. La información se actualiza en vivo durante todo el procedimiento simulado mientras que el modelo se adapta para reflejar los cambios en la fuerza y el torque. El resultado es un perfil detallado de cómo las fuerzas y los torques de la cirugía impactan al paciente que ayuda a cuantificar las fuerzas de contacto que antes solo se conocían por la sensación.
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Comprender exactamente cómo interactúa el robot con la anatomía humana con respecto a las fuerzas y los torques permite una funcionalidad más sofisticada de los robots quirúrgicos. Por ejemplo, el sensor de F/T de ATI podría integrarse en el lado del robot de la aplicación para monitorear y controlar las fuerzas de contacto durante la cirugía robótica. Con retroalimentación táctil, el sensor actúa como un accesorio virtual para las manos del cirujano. Ayudaría a agilizar el enfoque del cirujano y evitar que se apliquen fuerzas excesivas al paciente. ARMA permite que los robots quirúrgicos asuman un rol más activo en el proceso al aprovechar las tecnologías robóticas y de detección de fuerza. Los datos de fuerza de contacto de los sensores de F/T de ATI combinados con la capacidad de los robots para realizar tareas exigentes de alta precisión con repetitividad, ayudan al cirujano a mantenerse en contacto durante las cirugías robóticas.
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Esta investigación simplifica los procedimientos asistidos por robot al ayudar a los cirujanos y proveedores de atención médica a comprender cómo estandarizar las cirugías mínimamente invasivas. Identificar las mejores prácticas en estas cirugías mejorará la atención al paciente y la accesibilidad a las operaciones, además de minimizar el tiempo de recuperación. Con los sensores de F/T de ATI, la investigación de ARMA permite a los robots ayudar activamente en las cirugías robóticas conectando a los cirujanos con la experiencia del paciente.
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Para obtener más información sobre el Laboratorio de aplicaciones avanzadas de robótica y mecanismo (ARMA, por sus siglas en inglés), haga clic aquí.
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Para obtener más información sobre los sensores de fuerza y torque de ATI, haga clic aquí.
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