Los investigadores le dan a los brazos robóticos una mano firme para las cirugías

Los electrodos de estimulación en el guante brindan información de distancia para que el usuario pueda tocar un objeto de prueba con la cantidad justa de fuerza. Crédito: Texas A&M University College of Engineering

Las manos firmes y la visión ininterrumpida y aguda son críticas cuando se realiza cirugía en estructuras delicadas como el cerebro o los vasos sanguíneos delgados. Si bien las cámaras quirúrgicas han mejorado lo que los cirujanos ven durante los procedimientos quirúrgicos, la «mano firme» aún no se ha mejorado: las nuevas tecnologías quirúrgicas, incluidas las manos robóticas sofisticadas guiadas por cirujanos, no pueden prevenir lesiones accidentales cuando se opera cerca de tejido frágil.

En un nuevo estudio publicado en la edición de enero de la revista Reportes cientificos, investigadores de la Universidad de Texas A&M muestran que al emitir zumbidos pequeños, pero perceptibles, de corrientes eléctricas a la punta de los dedos, los usuarios pueden recibir una percepción precisa de la distancia al contacto. Esta información permitió a los usuarios controlar sus dedos robóticos con la precisión suficiente para aterrizar suavemente en superficies frágiles.

Los investigadores dijeron que esta técnica podría ser una forma efectiva de ayudar a los cirujanos a reducir las lesiones involuntarias durante los procedimientos quirúrgicos asistidos por robot.

«Uno de los desafíos con los dedos robóticos es garantizar que puedan controlarse con la suficiente precisión como para aterrizar suavemente en el tejido biológico», dijo Hangue Park, profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática. «Con nuestro diseño, los cirujanos podrán tener una idea intuitiva de cuán lejos están sus dedos robóticos del contacto, información que luego pueden usar para tocar estructuras frágiles con la cantidad justa de fuerza».

Los sistemas quirúrgicos asistidos por robot, también conocidos como sistemas quirúrgicos telerobóticos, son extensiones físicas de un cirujano. Al controlar los dedos robóticos con movimientos de sus propios dedos, los cirujanos pueden realizar procedimientos complejos de forma remota, ampliando así el número de pacientes a los que pueden brindar atención médica. Además, el pequeño tamaño de los dedos robóticos significa que las cirugías son posibles con incisiones mucho más pequeñas, ya que los cirujanos no necesitan hacer grandes cortes para acomodar sus manos en el cuerpo del paciente durante las operaciones.

Para mover sus dedos robóticos con precisión, los cirujanos confían en la transmisión en vivo de información visual desde cámaras instaladas en brazos telerobóticos. Por lo tanto, miran los monitores para que coincidan los movimientos de sus dedos con los de los dedos telerobóticos. De esta manera, saben dónde están sus dedos robóticos en el espacio y qué tan cerca están estos dedos entre sí.

Sin embargo, Park señaló que solo la información visual no es suficiente para guiar los movimientos finos de los dedos, lo cual es crítico cuando los dedos están cerca del cerebro u otro tejido delicado.

«Los cirujanos solo pueden saber qué tan separados están sus dedos reales el uno del otro indirectamente, es decir, observando dónde están sus dedos robóticos entre sí en un monitor», dijo Park. «Esta vista indirecta disminuye su sentido de la distancia entre sus dedos reales, lo que afecta la forma en que controlan sus dedos robóticos».

Para abordar este problema, Park y su equipo idearon una forma alternativa de entregar información de distancia que es independiente de la retroalimentación visual. Al pasar diferentes frecuencias de corrientes eléctricas a la punta de los dedos a través de guantes equipados con sondas de estimulación, los investigadores pudieron capacitar a los usuarios para asociar la frecuencia de los pulsos de corriente con la distancia, es decir, el aumento de las frecuencias de corriente indicó la distancia de cierre desde un objeto de prueba. Luego compararon si los usuarios que recibieron estimulación actual junto con información visual sobre la distancia de cierre en sus monitores obtuvieron mejores resultados para estimar la proximidad que aquellos que recibieron solo información visual.

Park y su equipo también adaptaron su tecnología de acuerdo con la sensibilidad del usuario a las frecuencias de corriente eléctrica. En otras palabras, si un usuario era sensible a un rango más amplio de frecuencias actuales, la información de distancia se entregaba con pasos más pequeños de corrientes crecientes para maximizar la precisión de la estimación de proximidad.

Los investigadores encontraron que los usuarios que recibían pulsos eléctricos eran más conscientes de la proximidad a las superficies subyacentes y podían reducir su fuerza de contacto en aproximadamente un 70%, obteniendo un rendimiento mucho mejor que el otro grupo. En general, observaron que la información de proximidad entregada a través de pulsos eléctricos leves era aproximadamente tres veces más efectiva que la información visual sola.

Park dijo que su enfoque novedoso tiene el potencial de aumentar significativamente la maniobrabilidad durante la cirugía mientras minimiza los riesgos de daño tisular involuntario. También dijo que su técnica agregaría poco a la carga mental existente de los cirujanos durante los procedimientos quirúrgicos.

«Nuestro objetivo era encontrar una solución que mejorara la precisión en la estimación de proximidad sin aumentar la carga de pensamiento activo necesaria para esta tarea», dijo. «Cuando nuestra técnica esté lista para su uso en entornos quirúrgicos, los médicos podrán saber intuitivamente qué tan lejos están sus dedos robóticos de las estructuras subyacentes, lo que significa que pueden mantener su enfoque activo en optimizar el resultado quirúrgico de sus pacientes».

 


Más información:
Ziqi Zhao et al., La sensación de proximidad evocada eléctricamente puede mejorar el control de dedos finos en pellizco telerobótico, Reportes cientificos (2020).

Proporcionado por

Universidad Texas A & M

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