Catéteres robóticos guiados por inteligencia artificial para cirugía cardíaca
Las enfermedades cardiovasculares representan uno de los principales problemas de salid en el mundo y, cada año, suponen cerca del 11 % del gasto sanitario de la Unión Europea. En muchos casos, su tratamiento requiere operaciones quirúrgicas que pueden acarrear complicaciones. En este contexto, las operaciones mínimamente invasivas con catéteres están ganando terreno con rapidez. «El objetivo de las tecnologías transcatéter es reparar o sustituir estructuras cardíacas dañadas con dispositivos implantables que se posicionan directamente en el corazón», explica Emiliano Votta, profesor asociado de Ingeniería Biomédica en la Universidad Politécnica de Milán. Estas tecnologías evitan algunos de los riesgos que acarrean las operaciones convencionales, pero pueden ser complejas y, por ende, algunas veces infructuosas. Además, dado que la experiencia de los cirujanos es fundamental, su disponibilidad para los pacientes también limita las intervenciones transcatéter, mientras que los rayos X puede exponer a los pacientes a peligros innecesarios. Los investigadores del proyecto ARTERY, financiado con fondos europeos, desarrollaron nuevos catéteres robóticos, los cuales se controlan con la ayuda de algoritmos de inteligencia artificial (IA). Estos catéteres encuentran automáticamente su camino hacia el objetivo a partir de la información que les proporciona el cirujano, que puede visualizar el corazón y controlar el catéter con una interfaz holográfica sin necesidad de emplear rayos X.
Interfaz holográfica del corazón
En ARTERY se desarrolló una prueba de concepto de plataforma robótica de «autonomía compartida», con catéteres automáticos guiados por el personal quirúrgico en caso de que sea necesaria una intervención. Un robot guía una sonda ecocardiográfica a través del esófago. La sonda es un catéter cuya punta capta imágenes ecocardiográficas del corazón. Mientras tanto, otros catéteres son guiados por otro robot para implantar el dispositivo en el corazón. La sonda transesofágica y los demás catéteres están equipados con sensores que reconstruyen su posición y forma en el espacio tridimensional (3D). El usuario principal puede visualizar la información pertinente e interactuar con los robots mediante el empleo de hologramas. Cuando el catéter llega al corazón, el usuario puede ver el holograma del entorno intracardiaco en 3D gracias a las imágenes ecocardiográficas. Un modelo de IA reconoce automáticamente el catéter y los puntos de referencia anatómicos pertinentes. Con esta información, el usuario puede definir con facilidad el objetivo que debe alcanzar el catéter. Otro modelo de IA identifica la trayectoria óptima del catéter, que es aplicada por los robots.
Diseños experimentales
Todas las pruebas del proyecto ARTERY se efectuaron en el laboratorio, lo que permitió al equipo crear diseños experimentales muy realistas, incluidas réplicas deformables de los tejidos de interés, a saber: vasos sanguíneos, estructuras cardiacas y esófago. A medida que avanzaba el proyecto, las distintas tecnologías se fueron integrando y probando hasta llegar a los ensayos con el sistema robótico completo. Después, el equipo llevó a cabo dos series de pruebas en un quirófano, a fin de entender cómo debía configurarse la plataforma.
Principales avances tecnológicos
El proyecto logró varios avances notables tanto en «hardware» como en «software». En cuanto al «hardware», se concibieron y patentaron sensores de nueva generación, se creó el prototipo de un catéter totalmente nuevo y se desarrolló un controlador robótico para la sonda ecocardiográfica, que fue valorado de forma positiva por los médicos. «Esto resultó muy útil incluso como tecnología independiente, ya que reduce la carga de trabajo físico y permite controlar a distancia la sonda, evitando así la exposición a los rayos X», comenta Votta. En cuanto al «software», se desarrollaron nuevos algoritmos para analizar de forma automática las imágenes ecocardiográficas. «Los algoritmos podrían ser útiles también más allá del contexto de la plataforma robótica ARTERY, por ejemplo, favoreciendo el diagnóstico y la planificación de operaciones», agrega Votta.
Avances hacia los ensayos clínicos
Los investigadores están evaluando la traducción de algunas de sus nuevas tecnologías en prototipos de productos reales, y están solicitando subvenciones adicionales a través del programa de financiación del Consejo Europeo de Innovación.
Palabras clave
ARTERY, catéter, cardiaco, cirugía, IA, algoritmo, robot, automático