ARTÍCULO CLÍNICO

 

Tecnología robótica en cirugía oral y maxilofacial

Robotic technology in oral and maxillofacial surgery

 

 

J.A. Hueto Madrid

Médico Adjunto. Servicio de Cirugía Oral y Maxilofacial.
Director del Grupo de Investigación en Robótica y Cirugía Craneofacial.
Hospital Universitario Vall d’Hebrón, Barcelona, España

Dirección para correspondencia

 

 

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RESUMEN

La utilización de robots en cirugía como ayudantes o como cirujanos despierta interés desde hace décadas. Sus características de precisión, incansabilidad y muchas otras ventajas auguran a esta tecnología un papel destacado en la cirugía maxilofacial del futuro. No obstante, las experiencias en nuestro campo y en otras especialidades quirúrgicas han puesto de manifiesto la falta de madurez de la tecnología robótica para incorporarse a corto plazo a los quirófanos. La introducción de tecnologías para una mayor miniaturización, su actuación cooperativa y una mejor interacción con el medio pueden aportar las características que necesitan para ser útiles y definitivamente incorporarse a nuestra actividad.

Palabras clave: Robótica; Nuevas tecnologías; Cirugía oral maxilofacial.

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ABSTRACT

The use of robots in surgery as operating room assistants or as surgical agents has attracted interest for decades. Their accuracy, resistance to fatigue and many other features augur a prominent role of this technology in maxillofacial surgery in the future. Nevertheless, experience in this field and other surgical specialities has shown that robotic technology is not yet mature enough to be used routinely in operating rooms. The introduction of new technologies to improve miniaturization, cooperative work, and better interactive behavior may endow robots with the necessary features to make them useful enough to include them in our surgical activities.

Key words: Robots; New technology; Oral maxillofacial surgery.

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Introducción

Se atribuye a Aristóteles en el siglo IV ac. el concepto de la automatización. En aquellos tiempos escribió sus pensamientos sobre como mejorar los autómatas de la época: "...si cada instrumento pudiera hacer su propio trabajo, obedeciendo y anticipando las órdenes ... si la lanzadera supiera tejer, si la púa supiera tocar la lira sin la mano que las guiara, los amos no necesitarían tener siervos".¹ Lo que Aristóteles proponía iba más allá de los simples autómatas, que repiten mecánicamente los movimientos para los que han sido programados. Introdujo la necesidad de una cierta inteligencia detrás de los movimientos de los dispositivos, dotándolos de una capacidad para tomar decisiones sobre la marcha. Para que un dispositivo pueda tomar decisiones sobre sus movimientos, deduciendo la acción más conveniente, es necesario un cierto juicio o inteligencia y un cierto grado de percepción del entorno.

Los autómatas ya aparecieron en la antigua Grecia, aunque con poca aplicabilidad práctica y se usaban más como divertimento que como herramientas útiles. El único autómata que realmente tuvo aplicación práctica fue el reloj.

El robot concebido como autómata tiene muchas limitaciones en cirugía, debido al cambiante entorno de trabajo y combinación de estructuras elásticas, flexibles, fluidas, viscosas y sólidas que componen los seres vivos. Estos problemas son los que hacen difícil trasladar al quirófano a los eficientes robots industriales, que de forma económica e incansable, con rapidez y precisión, son capaces de pintar un coche o montar un televisor. Los requerimientos para los ingenieros son altísimos, pues en la práctica se les pide que reproduzcan y mejoren de forma robótica las prestaciones de un ser humano.

Los primeros robots empleados en cirugía actuaban como autómatas, ejecutando rigurosamente su programación o los movimientos de un operador del sistema, sin interacción con el medio y sin tomar decisiones por sí mismos.

Las experiencias clínicas se iniciaron a finales de los 80 en cirugía gastrointestinal, urología y cirugía cardiaca. La mayoría de estos sistemas se han empleado en cirugía endoscópica u otros procedimientos de cirugía mínimamente invasiva.^2-8

El robot AESOP^® fue el primer sistema robótico aprobado para cirugía por la FDA en 1994. Este robot actuaba llevando la cámara en cirugía laparoscópica. Una versión posterior aprobada en 2000 incorporaba un sistema de reconocimiento de voz y actuaba frente a órdenes orales del cirujano.

El sistema ZEUS^® fue desarrollado en Europa e introducido en clínica en 1998.

El sistema Da Vinci^®, compuesto por dos brazos robóticos, publicó sus primeras experiencias en 1995 (Fig. 1). A este sistema corresponde el mérito de las primeras experiencias en cirugía cardiaca: reparaciones valvulares y cirugía de "by pass" de las arterias coronarias.¹⁸

 

Las ventajas de los robots en cirugía todavía no están claras. El alto coste de los sistemas y la prolongación de los tiempos quirúrgicos no se ven compensados por su mayor precisión y predictibilidad de los tratamientos. Probablemente la estrategia seguida hasta ahora en su introducción, intentando sustituir la intervención humana en los procedimientos, no haya sido la más adecuada. El mayor campo que a nuestro entender abre la introducción de los robots es el desarrollo de nuevas técnicas, imposibles de realizar "a mano". Estamos hablando de técnicas mínimamente invasivas, con miniincisiones o endoscópicas. Técnicas que impliquen muy alta precisión (cirugía CAD-CAM) como podrían ser la implantología y las grandes resecciones craneofaciales podrían ser efectuadas con la ayuda de robots.

La explosión en la utilización de robots en medicina y cirugía se producirá en el momento en que sea posible su miniaturización intensiva para poder utilizar "clusters" (racimos oenjambres) de minirobots que actúen de forma coordinada con inteligencia propia orientada a acciones concretas.

La miniaturización de los robots abrirá nuevas opciones terapéuticas como la robotización de los distractores: distractores completamente sumergidos, con cierta inteligencia y la posibilidad de recibir instrucciones del cirujano para modificar sus vectores. Otra posibilidad de introducción sería la automatización de procesos repetitivos, como las suturas microquirúrgicas, suturas cutáneas, colocación de placas y tornillos de osteosíntesis, etc.

Los robots en medicina pueden adoptar diferentes configuraciones según las acciones para las que están diseñados:⁹

• Robots asistentes: son máquinas que sustituyen a un asistente en la cirugía. Pertenecerían a este tipo los robots que se emplean en laparoscopia para separar y llevar la cámara de video.

• Sirvientes robóticos: son sistemas dedicados a ayudar a pacientes minusválidos a efectuar tareas comunes como la alimentación, la toma de los medicamentos, movilidad, etc.

• Prótesis robotizadas: son dispositivos que conectados al paciente sustituyen la acción de los miembros o extremidades perdidas

• Simuladores: sistemas robóticos que permiten simular intervenciones quirúrgicas para aprendizaje y perfeccionamiento. Se han desarrollado sobre todo para cirugía laparoscópica.¹⁰ Dentro de este apartado podríamos incluir robots diseñados para reproducir la biomecánica del ser humano: reproducción de los movimientos mandibulares,^11-12 del pie, de la muñeca, etc.

• Robots para diagnóstico: se emplean en ecografía y otras técnicas radiológicas para mejorar la precisión. Existen también robots localizadores del pulso para punción arterial.

• Robots pasivos: empleados en sistemas de navegación quirúrgica.

• Sistemas CAD-CAM: empleados en implantología para la construcción de férulas de posicionamiento.

Desde el punto de vista de la cirugía, los robots podemos dividirlos en tres grupos:

• Telemanipuladores: son robots esclavos, que carecen de toda iniciativa. Se limitan a reproducir con precisión los movimientos que el cirujano ejecuta en tiempo real, desde una consola, en la que puede ver la imagen del campo operatorio. Esta consola puede estar junto al paciente en el mismo quirófano o a distancia (telecirugía).

• Robots preprogramados: el robot ejecuta una serie de movimientos y acciones que han sido previamente programados sobre datos preoperatorios del paciente.

• Robots preprogramados inteligentes: el robot es programado para ejecutar una tarea, pero puede modificar los parámetros de su ejecución en función de cambios en las condiciones de la intervención: posición del paciente, obstáculos, temperatura, etc.

¿Qué cualidades debe presentar un sistema robótico para ser útil en cirugía? Las vamos a resumir en estos cuatro parámetros:

• Inteligencia. Cuando hablamos de dotar al robot de "inteligencia" nos referimos a su capacidad de interpretar las órdenes del cirujano y de tomar ciertas decisiones. Por ejemplo: al ordenar al robot "Separa la lengua!", el robot debe considerar multitud de parámetros e integrar toda la información de su entorno: entender la orden, determinar su propia posición en el espacio, identificar visualmente la lengua y determinar su posición, determinar todos los movimientos necesarios para la ejecución, mover el instrumento a través de una zona segura sin lesionar al paciente ni interferir al cirujano, aplicar una presión suficiente, etc.

• Percepción. Para poder actuar de forma eficiente, es imprescindible dotar al robot de la capacidad de percibir su entorno. Los parámetros más importantes son su propia posición, su posición relativa al paciente, al cirujano u otros elementos y la detección de posibles obstáculos. Los "sentidos" básicos del robot deberán ser los humanos: vista, propiocepción, tacto y temperatura. Sin embargo, pueden ampliarse más allá de nuestros propias capacidades (percepción o realidad aumentada): pH, infrarrojos, rayos X, ondas electromagnéticas (radar), espectroscopia, ultrasonidos, etc.¹³

• Flexibilidad. Uno de los inconvenientes de muchos sistemas robóticos actuales es que han sido diseñados para un procedimiento quirúrgico en particular. Difícilmente pueden ser adaptados para otros procedimientos distintos para los que han sido diseñados. El volumen de los equipos y sus requerimientos de espacio e infraestructura hacen que en muchas ocasiones el quirófano deba ser construido a su alrededor y no sean transportables.

• Seguridad. Además de los requerimientos técnicos que precisa cualquier dispositivo de electromedicina en su utilización clínica, los robots deben cumplir unos requisitos adicionales de seguridad. Deben poder detenerse y retirarse del campo con rapidez ante una emergencia. Deben diseñarse de tal forma que no puedan lesionar al paciente ni al personal del quirófano. No deben interferir con los dispositivos de soporte vital y anestesia. Deben poder ser esterilizados completamente por los sistemas convencionales (calor, gases, etc.).

 

Robots en Cirugía Oral y Maxilofacial

Las experiencias con robots en cirugía oral y maxilofacial son anecdóticas. Existen muy pocas experiencias en nuestra especialidad, la mayor parte de ellas centradas en cirugía ósea, por ser el tejido de mas fiel reproductibilidad en el TAC. La mayoría de prototipos publicados no han llegado a ser usados en un quirófano y con un paciente real.¹⁸ Una posible explicación es que la mayor parte de sistemas comerciales se han venido desarrollando para cirugía endoscópica, cuyas aplicaciones son limitadas todavía en nuestra especialidad. El coste de los equipos y nuestro limitado catálogo de procedimientos mínimamente invasivos dificultan el desarrollo de esta tecnología. Con la introducción de la endoscopia en procedimientos de traumatología facial, articulación temporomandibular y glándulas salivales se abre la posibilidad de aprovechar estas herramientas en nuestro campo. La AAOMS, en el AAOMS Research Summit celebrado en Chicago en 2005, menciona las tecnologías robóticas, junto con la cirugía mínimamente invasiva, la nanotecnología y la miniaturización como las tecnologías emergentes con más posibilidades en nuestra especialidad.

En Europa existe un gran interés en este campo, aunque los esfuerzos investigadores se han desplazado a las técnicas de navegación. Existen prototipos de cirugía maxilofacial con robots en Alemania, Austria y Francia.¹⁷

 

Experiencias en España

En España, el grupo del Hospital Vall d’Hebrón y la Universitat Politècnica de Catalunya diseñó un sistema robotizado para osteotomías. El sistema incorporaba un brazo robótico que controlaba los movimientos de una pieza de mano con fresa de espiga o Lindeman (Fig. 2).

 

El sistema incorpora cuatro módulos diferentes. El primero es el módulo de imagen, que se ocupa de la obtención y manipulación de la imagen de tomografía computarizada, generando un modelo tridimensional a partir de los ficheros DICOM del tomógrafo (Fig. 3).

 

El segundo módulo es el de coordenadas. Se ocupa en tiempo real de coordinar la posición en el espacio del modelo virtual con la realidad. Para ello se emplea la tecnología de visión por computador. El paciente real tiene adheridas en superficie unas dianas y el ordenador ve el objeto real mediante tres cámaras. Con algoritmos matemáticos el sistema identifica las dianas y por triangulación determina la posición en el espacio del modelo real. Conocida la posición de la cabeza real, el sistema orienta el modelo virtual que vemos en pantalla. Al girar la cabeza de nuestro paciente, el modelo en pantalla gira al mismo tiempo.

El tercer módulo es el de planificación. Permite mover, girar, ampliar y visualizar nuestro modelo virtual. Sobre el podemos diseñar la osteotomía que queremos efectuar o bien proteger estructuras como vasos o nervios para no lesionarlos si somos nosotros quienes llevaremos la herramienta de corte (Fig. 4).

 

Por último, el cuarto módulo es el de ejecución. Es la parte del sistema que gobierna el robot, integrando la información de imagen, coordenadas y de planificación.

La ejecución de la osteotomía puede efectuarse en tres formas:

1. Ejecución automática: el robot efectúa el procedimiento de forma autónoma, del mismo modo que actúan los robots de corte en la industria.

2. Ejecución semi-automática: el cirujano efectúa el avance del corte, pero el robot limita un plano de deslizamiento, actuando como si trabajásemos sobre una regla.

3. Ejecución tutelada: en la planificación se delimita un volumen fuera del cual la herramienta de corte no puede salir. Podemos trabajar manualmente dentro de este espacio planificado.

Un prototipo similar denominado Surgicobot, aunque sin sistema de seguimiento de la posición del paciente en tiempo real, fue desarrollado en Amiens (Francia).¹⁷

Otro prototipos emplean distintos sistemas de posicionamiento, por infrarrojos, ondas hertzianas, etc.

 

Conclusiones

La tecnología robótica ha despertado interés en los cirujanos desde hace décadas. A pesar de su exitosa incorporación a los procesos industriales no ha ocurrido lo mismo en cirugía y en las ciencias de la salud en general. Cuestiones como los costes, el entorno del quirófano y las características de variabilidad de los seres vivos y sus tejidos dificultan la incorporación de estas máquinas a la actividad quirúrgica.

El desarrollo de nuevas tecnologías robóticas con dispositivos miniaturizados, que puedan trabajar de forma cooperativa, con percepción físico-química y espacial del entorno auguran nuevas expectativas que con el tiempo se deberán confirmar.

Nuestro país se encuentra en una posición destacada en la investigación y desarrollo de estas tecnologías, a pesar del handicap que supone la falta crónica de un soporte industrial y de capital-riesgo.

 

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Dirección para correspondencia:
J.A. Hueto Madrid
Servicio de Cirugía Oral y Maxilofacial
Hospital Universitario Vall d’Hebron.
Paseo Vall d’Hebron, 119
08006 Barcelona, España

Recibido: 29.10.07
Aceptado: 31.11.07