16 de October de 2021

Cirugía robótica del corazón a largas distancias y más allá

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Doctor conduce CorPath GRX desde la cabina de intervención. Crédito de la imagen: Corindus

En 2018, cinco pacientes del Apex Heart Institute en Ahmedabad, India, recibieron el mismo tratamiento para la enfermedad de las arterias coronarias (EAC) que otros 3 millones al año: se insertó un pequeño globo en una arteria del corazón y se infló para dejarle espacio. Colocación de un stent para mantener abierta la vía vital.

Conocido como intervención coronaria percutánea (PCI), el procedimiento es el tratamiento estándar para la aterosclerosis, una enfermedad coronaria común caracterizada por la acumulación de placa en las arterias y la consiguiente restricción del flujo sanguíneo. Como muchos pacientes antes que ellos, su operación fue asistida por un robot: la plataforma robótica CorPath GRX de Corindus, una empresa de Siemens Healthineers.

Pero a diferencia de todos los demás antes que ellos, estos cinco pacientes fueron parte de una sorprendente novedad: su médico principal no estuvo en la habitación con ellos durante el procedimiento. De hecho, estaba a 20 millas de distancia y estaba ejecutando el robot, que realizó la operación a la perfección, desde una estación de trabajo remota.

Bienvenidos a la nueva frontera de la telemedicina.

Según la Organización Mundial de la Salud (OMS), las enfermedades cardiovasculares (ECV) son la principal causa de muerte en todo el mundo, matando a 17,9 millones al año. El impacto es mayor en lugares que no tienen acceso directo a suministros críticos, como países en desarrollo y áreas rurales.

La OMS señala que más de las tres cuartas partes de las muertes por enfermedades cardiovasculares ocurren en países de ingresos bajos y medios. En los países desarrollados, el problema ocurre en las comunidades rurales, donde los hospitales más pequeños a menudo no emplean a especialistas como los cardiólogos intervencionistas. En estas áreas, las soluciones remotas como el trabajo pionero de Corindus ofrecen esperanzas y oportunidades tentadoras.

Dr. Tejas Patel realizó estas intervenciones remotas y escribió sobre ellas con sus colegas Sanjay Shah y Samir Pancholy en EClinicalMedicine. El artículo dice: “La gran mayoría de los pacientes con enfermedad coronaria o síndrome coronario agudo en los países en desarrollo tienen poco o ningún acceso a la terapia de intervención inmediata. La última tecnología de robots combinada con mejoras en la conectividad de la red y las habilidades del operador en R-PCI [robot-assisted PCI] Los procedimientos se pueden utilizar como un servicio de primera línea en regiones donde no se dispone de dicha experiencia. “El artículo también sugirió que el sistema podría usarse como un servicio complementario para brindar experiencia a una gama más amplia de pacientes.

Desde la introducción de la plataforma robótica CorPath, el equipo de Corindus se ha comprometido a llegar a pacientes de todo el mundo donde y cuando necesiten tratamiento. También la seguridad del médico.

Si bien los avances de CorPath en robots proporcionaron a los médicos una precisión y un control excepcionales sobre los procedimientos de PCI, el sistema tenía que hacer más para proteger la salud del médico. La exposición a la radiación de las pruebas de imagen utilizadas en los procedimientos era común, al igual que las lesiones ortopédicas resultantes de las lesiones graves requeridas, equipo de protección que los médicos debían usar.

“Mark Toland, director ejecutivo de Corindus, reconoció la oportunidad de aumentar la seguridad de los cirujanos al tiempo que satisface la creciente necesidad mundial de soluciones innovadoras de telemedicina. Le dijo a nuestro equipo que era hora de que nos fuéramos o volviéramos a casa ”, recuerda Nicholas Kottenstette, Ph.D., Corindus R&D Fellow. “Este grito de batalla resonó en toda la empresa, lo que nos obligó a establecer nuevos estándares, desarrollar aún más las capacidades y capacidades de nuestro sistema CorPath y lograr otro hito en la industria: la activación del primer PCI robótico controlado de forma remota”.

Kottenstette ha trabajado en la línea de productos de robots desde que se unió a Corindus. Pero comenzó su carrera en un campo diferente. Recibió su Ph.D. en ingeniería eléctrica en Notre Dame, donde diseñó un marco para controlar los sistemas en las redes para garantizar la estabilidad y al mismo tiempo tener en cuenta el retraso y la pérdida de datos. Luego comenzó su carrera en la Universidad de Vanderbilt, desarrollando sistemas de control de robots para aeronaves con diseño basado en modelos. Fue este trabajo el que dio como resultado otro tipo de sistema de control operado a través de la red: el robot quirúrgico.

Todo este trabajo, que incluyó el diseño basado en modelos con MATLAB y Simulink, ha demostrado ser esencial para superar los desafíos del desarrollo de nuestros sistemas robóticos de precisión.

Nicholas Kottenstette, Ph.D., becario de I + D en Corindus

Para comprender las formas complejas en las que funciona el sistema robótico, es útil realizar un inventario básico de sus componentes clave. El sistema consta de dos estaciones principales: una cama, la parte del sistema que permite la manipulación de los dispositivos dentro del paciente, y una cabina de intervención desde la cual el médico guía los dispositivos durante un procedimiento.

La unidad de cabecera tiene un brazo de alcance extendido y una pantalla táctil en la cama. Esto lo hace el personal exfoliante. Crédito de la imagen: Corindus
La cabina de intervención consta de protección radiológica, un monitor y una consola de control que permiten al cardiólogo intervencionista trabajar desde una posición sentada sin llevar correa. Crédito de la imagen: Corindus

La unidad de la mesita de noche consta del brazo de alcance extendido, el accionamiento del robot y el casete desechable estéril. El brazo posiciona el accionamiento del robot y el casete. El accionamiento del robot, que recibe información de la consola de control en la cabina, guía el casete, que a su vez manipula el cable guía, el catéter de balón / stent y el catéter guía en el cuerpo del paciente.

El cardiólogo intervencionista trabaja desde la cabina intervencionista, que contiene tanto el subsistema de control del robot como un sistema de comunicación de telepresencia, y conecta al médico con el robot en la unidad de cama.

“La estación de control del robot contiene un sistema de computadora de control, monitores, dispositivos de red (es decir, conectividad) y una consola de robot con tres joysticks”, dice el Dr. Patel. “Los monitores muestran variables hemodinámicas en tiempo real y video fluoroscópico, y brindan al operador una visualización mejorada del procedimiento de PCI. Un joystick se utiliza para manipular globos / stents, uno para manipular alambres guía y el tercero para manipular catéteres guía. “

Una mirada más cercana a estos dos sistemas principales, la unidad de cama y la cabina de intervención, revela una colaboración e interdependencia que son esenciales para el desempeño exitoso del sistema robótico. Juntos, estos sistemas han proporcionado beneficios cuantificables, incluida una mayor precisión en la medición de la anatomía para determinar el tamaño de la lesión y la longitud del stent, y una mayor precisión en la colocación del stent.

La realización de una operación complicada de forma remota planteaba importantes problemas de diseño, sobre todo la captura y el procesamiento de vídeo en tiempo real de un extremo a otro: los médicos pueden ser menos eficaces cuando las imágenes mostradas y los comandos que envían a través de usted tienen una experiencia de red con un retraso o latencia significativos. Además, es importante que el médico comprenda la calidad de la conexión de red, que incluye latencias de red y cuadros de imagen recibidos por segundo (rendimiento). El sistema debe evitar que el médico trabaje en malas condiciones de red para limitar el riesgo de daños al paciente.

Para hacer frente a los desafíos del funcionamiento del sistema en tiempo real, Kottenstette confió en su experiencia en innovación con el diseño basado en modelos.

MATLAB, Simulink y Simulink Real-Time han sido durante mucho tiempo una parte integral de mi trabajo de desarrollo de aplicaciones en el sistema CorPath, desde controles de motor integrados para controlar los movimientos del brazo del robot hasta comunicar las imágenes fluoroscópicas con las estaciones de trabajo. Mi equipo modeló el sistema remoto utilizando un diseño basado en modelos.

Nicholas Kottenstette, Ph.D., becario de I + D en Corindus.

Este enfoque ha dado sus frutos. Por ejemplo, cuando Corindus comenzó a desarrollar su plataforma de próxima generación, CorPath GRX, las cámaras universales se utilizaron mucho antes de que se admitieran los dispositivos USB 3.0 en tiempo real.

“Cuando intentamos desarrollar una función avanzada de video en tiempo real que no interrumpiera el flujo de trabajo normal de los médicos, MathWorks trabajó de la mano con nosotros para desarrollar el apoyo que necesitábamos”, dice Kottenstette. “Una vez que tuvimos eso, pudimos comprimir y descomprimir imágenes según fuera necesario para facilitar su transmisión y consumo en tiempo real por parte del operador remoto”.

Para garantizar una red dedicada en tiempo real, Corindus utilizó la familia Speedgoat de computadoras de destino, computadoras de alto rendimiento optimizadas para aplicaciones específicas, para ejecutar las aplicaciones de misión crítica de su sistema. Con un objetivo Speedgoat en la escena y otro en la ubicación remota donde apoyaba la cabina de intervención, CorPath GRX se desempeñó admirablemente.

Dr. Patel afirma en su informe: “El proceso remoto de R-PCI fue exitoso en todos los aspectos. El operador remoto intervencionista calificó la funcionalidad de la plataforma robótica y el sistema de conexión de red como equivalente a un procedimiento PCI manual en el laboratorio sin retrasos de procedimiento significativos ni dificultades técnicas. Esto fue confirmado por el retraso medio de 53 milisegundos registrado por la red, que probablemente sea imperceptible para el operador. “

Kottenstette diseñó modelos Simulink en tiempo real que controlan la unidad de la mesita de noche.

Animado por su gran éxito con la tecnología R-PCI remota, Corindus continúa pensando en grande, lo suficientemente grande como para liderar una revolución de la telemedicina en el tratamiento del cerebro también.

“Cada segundo es importante para las víctimas de un derrame cerebral, al igual que lo es para quienes tienen un ataque cardíaco”, dice Kottenstette. “Nuestra capacidad para tratar pacientes en cualquier lugar con nuestro protocolo robótico remoto es la ola del futuro e impulsa nuestras próximas innovaciones CorPath mientras tratamos el accidente cerebrovascular, que es la principal causa de discapacidad y la quinta causa principal de muerte en los Estados Unidos”.

Mire este video (3:11) para ver cómo Corindus ejecuta aplicaciones en tiempo real en objetivos Speedgoat y usa el Protocolo de tiempo de precisión para sincronizar los relojes del sitio local y remoto.

MathWorks

Autor invitado

MathWorks es una empresa estadounidense de propiedad privada que se especializa en software informático matemático. Los principales productos incluyen MATLAB y Simulink, que admiten el análisis y la simulación de datos.

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