El robot quirúrgico entra en el cerebro del muñeco a través de la mejilla. Fuente: Universidad de Vanderbilt.
Para los casos más graves, el tratamiento de la epilepsia consiste en perforar el cráneo para destruir la pequeña área del cerebro donde se originan las convulsiones: un método invasivo, peligroso y con un largo período de recuperación.
Hace cinco años, un equipo de ingenieros de la Universidad de Vanderbilt (Nashville, Tennessee, EE.UU.) se preguntó: ¿Es posible hacer frente a las crisis epilépticas de una forma menos invasiva? Consideraron que sería posible. Debido a que el área del cerebro involucrada es el hipocampo, que está situado en la parte inferior del cerebro, podrían desarrollar un dispositivo robótico que accediera a través de la mejilla para penetrar en el cerebro desde abajo, lo que evitaría tener que perforar a través del cráneo, ya que está mucho más cerca de la zona objetivo.
Para ello, sin embargo, había que desarrollar una aguja de aleación con memoria de forma que se pudiera dirigir con precisión lo largo de una trayectoria curva, así como una plataforma robótica que pudiera operar dentro del potente campo magnético creado por un escáner de resonancia magnética.
Prototipo desarrollado
Los ingenieros han desarrollado a partir de estas ideas un prototipo de trabajo, que fue presentado en una demostración en vivo, en la Conferencia de Investigación e Innovación en Energía transmitida por Fluidos, celebrada en Nashville. La presentación corrió a cargo de David Comber, el estudiante de posgrado en ingeniería mecánica que hizo gran parte del trabajo de diseño.
El resultado es una aguja de níquel-titanio de 1,14 milímetros, que funciona como un lápiz mecánico, con tubos concéntricos, algunos de los cuales están curvados, que permiten que la punta siga una trayectoria curva en el cerebro. (A diferencia de muchos metales comunes, el níquel-titanio es compatible con las resonancias magnéticas). Utilizando aire comprimido, una plataforma robótica dirige y hace avanzar de manera controlada los segmentos de aguja de milímetro en milímetro.
Según Comber, han medido la precisión del sistema en el laboratorio y encontrado que es mejor esa longitud que 1,18 mm. Además, la aguja se inserta dando milimétricos pasos, para que el cirujano pueda realizar un seguimiento de su posición haciendo sucesivas resonancias.
Según el profesor de Ingeniería Mecánica Eric Barth, que dirigió el proyecto, la siguiente etapa en el desarrollo del robot quirúrgico es probarlo con cadáveres. Se estima que podría estar en salas de operaciones durante la próxima década.
Hace cinco años, un equipo de ingenieros de la Universidad de Vanderbilt (Nashville, Tennessee, EE.UU.) se preguntó: ¿Es posible hacer frente a las crisis epilépticas de una forma menos invasiva? Consideraron que sería posible. Debido a que el área del cerebro involucrada es el hipocampo, que está situado en la parte inferior del cerebro, podrían desarrollar un dispositivo robótico que accediera a través de la mejilla para penetrar en el cerebro desde abajo, lo que evitaría tener que perforar a través del cráneo, ya que está mucho más cerca de la zona objetivo.
Para ello, sin embargo, había que desarrollar una aguja de aleación con memoria de forma que se pudiera dirigir con precisión lo largo de una trayectoria curva, así como una plataforma robótica que pudiera operar dentro del potente campo magnético creado por un escáner de resonancia magnética.
Prototipo desarrollado
Los ingenieros han desarrollado a partir de estas ideas un prototipo de trabajo, que fue presentado en una demostración en vivo, en la Conferencia de Investigación e Innovación en Energía transmitida por Fluidos, celebrada en Nashville. La presentación corrió a cargo de David Comber, el estudiante de posgrado en ingeniería mecánica que hizo gran parte del trabajo de diseño.
El resultado es una aguja de níquel-titanio de 1,14 milímetros, que funciona como un lápiz mecánico, con tubos concéntricos, algunos de los cuales están curvados, que permiten que la punta siga una trayectoria curva en el cerebro. (A diferencia de muchos metales comunes, el níquel-titanio es compatible con las resonancias magnéticas). Utilizando aire comprimido, una plataforma robótica dirige y hace avanzar de manera controlada los segmentos de aguja de milímetro en milímetro.
Según Comber, han medido la precisión del sistema en el laboratorio y encontrado que es mejor esa longitud que 1,18 mm. Además, la aguja se inserta dando milimétricos pasos, para que el cirujano pueda realizar un seguimiento de su posición haciendo sucesivas resonancias.
Según el profesor de Ingeniería Mecánica Eric Barth, que dirigió el proyecto, la siguiente etapa en el desarrollo del robot quirúrgico es probarlo con cadáveres. Se estima que podría estar en salas de operaciones durante la próxima década.
La plataforma robótica diseñada para trabajar en entornos de resonancia magnética. Fuente: Universidad de Vanderbilt.
Aprovechar lo ya hecho
Para realizar el diseño, el equipo empezó aprovechando las capacidades que ya tenían. "He hecho un montón de trabajo en mi carrera sobre control de sistemas neumáticos", explica Barth en la información de la Universidad de Vanderbilt. "Sabíamos que teníamos la capacidad de poner un robot en el escáner de resonancia magnética. Entonces pensamos: ¿Qué podemos hacer que tenga el mayor impacto?"
Al mismo tiempo, el profesor de Ingeniería Mecánica Robert Webster había desarrollado un sistema de agujas quirúrgicas orientables. "La idea de esto surgió un día que Eric y yo estábamos hablando en el pasillo y nos dimos cuenta de que su experiencia en neumática era perfecta para el entorno de las resonancias magnéticas, y que podía combinarse con las agujas dirigibles en las que yo había estado trabajando", recuerda Webster.
Para realizar el diseño, el equipo empezó aprovechando las capacidades que ya tenían. "He hecho un montón de trabajo en mi carrera sobre control de sistemas neumáticos", explica Barth en la información de la Universidad de Vanderbilt. "Sabíamos que teníamos la capacidad de poner un robot en el escáner de resonancia magnética. Entonces pensamos: ¿Qué podemos hacer que tenga el mayor impacto?"
Al mismo tiempo, el profesor de Ingeniería Mecánica Robert Webster había desarrollado un sistema de agujas quirúrgicas orientables. "La idea de esto surgió un día que Eric y yo estábamos hablando en el pasillo y nos dimos cuenta de que su experiencia en neumática era perfecta para el entorno de las resonancias magnéticas, y que podía combinarse con las agujas dirigibles en las que yo había estado trabajando", recuerda Webster.
Observando cirugías cerebrales
Los ingenieros identificaron la cirugía de la epilepsia como una aplicación de alto impacto conversando con el profesor de Cirugía Neurológica Joseph Neimat.
Se enteraron de que los neurocientíficos utilizan actualmente el enfoque a-través de-la-mejilla para implantar electrodos en el cerebro, rastrear la actividad cerebral e identificar dónde se originan los ataques epilépticos.
Pero las agujas rectas que utilizan no pueden llegar a la región de origen, por lo que deben perforar el cráneo e insertar la aguja a través de la parte superior de la cabeza. Comber y Barth observaron a Neimat realizar cirugías cerebrales para entender cómo podría funcionar su dispositivo en la práctica.
"Los sistemas que tenemos ahora se mueven en líneas rectas y se guían sólo manualmente", explica Neimat. "Tener un sistema con una aguja curva y acceso ilimitado haría a las cirugías mínimamente invasivas. Podríamos hacer una cirugía importante simplemente con un pinchazo en la mejilla".
Los ingenieros han diseñado el sistema para que gran parte de él se pueda hacer mediante impresión 3-D, con el fin de mantener el precio bajo. Para ello han colaborado con Jonathon Slightam y Vito Gervasi, de la Escuela de Ingeniería de Milwaukee.
Los ingenieros identificaron la cirugía de la epilepsia como una aplicación de alto impacto conversando con el profesor de Cirugía Neurológica Joseph Neimat.
Se enteraron de que los neurocientíficos utilizan actualmente el enfoque a-través de-la-mejilla para implantar electrodos en el cerebro, rastrear la actividad cerebral e identificar dónde se originan los ataques epilépticos.
Pero las agujas rectas que utilizan no pueden llegar a la región de origen, por lo que deben perforar el cráneo e insertar la aguja a través de la parte superior de la cabeza. Comber y Barth observaron a Neimat realizar cirugías cerebrales para entender cómo podría funcionar su dispositivo en la práctica.
"Los sistemas que tenemos ahora se mueven en líneas rectas y se guían sólo manualmente", explica Neimat. "Tener un sistema con una aguja curva y acceso ilimitado haría a las cirugías mínimamente invasivas. Podríamos hacer una cirugía importante simplemente con un pinchazo en la mejilla".
Los ingenieros han diseñado el sistema para que gran parte de él se pueda hacer mediante impresión 3-D, con el fin de mantener el precio bajo. Para ello han colaborado con Jonathon Slightam y Vito Gervasi, de la Escuela de Ingeniería de Milwaukee.