El robot quirúrgico de mano puede ayudar a detener la pérdida de sangre fatal

Después de un accidente traumático, existe un pequeño período de tiempo en el que los profesionales médicos pueden aplicar un tratamiento que salva vidas a las víctimas con hemorragia interna grave. Brindar este tipo de atención es complejo, y las intervenciones clave requieren insertar una aguja y un catéter en un vaso sanguíneo central, a través del cual se pueden administrar líquidos, medicamentos u otras ayudas. Los socorristas, como los técnicos médicos de emergencia de ambulancias, no están capacitados para realizar este procedimiento, por lo que el tratamiento solo se puede administrar después de que la víctima sea transportada a un hospital. En algunos casos, cuando la víctima llega para recibir atención, ya puede ser demasiado tarde.

Un equipo de investigadores del MIT Lincoln Laboratory, dirigido por Laura Brattain y Brian Telfer del Human Health and Performance Systems Group, junto con médicos del Center for Ultrasound Research and Translation (CURT) del Massachusetts General Hospital, dirigido por Anthony Samir, han desarrollado una solución a este problema. El dispositivo de intervención por ultrasonido guiado por inteligencia artificial (AI-GUIDE) es una tecnología de plataforma portátil que tiene el potencial de ayudar al personal con un entrenamiento simple a instalar rápidamente un catéter en un vaso femoral común, lo que permite un tratamiento rápido en el punto de la lesión.

«Simplistamente, es como un detector de vigas muy inteligente casado con una pistola de clavos de precisión». dice Matt Johnson, miembro del equipo de investigación del Grupo de Sistemas de Rendimiento y Salud Humana del laboratorio.

AI-GUIDE es un dispositivo de plataforma hecho de algoritmos personalizados y robótica integrada que podría emparejarse con la mayoría de los dispositivos de ultrasonido portátiles comerciales. Para operar AI-GUIDE, el usuario primero lo coloca en el cuerpo del paciente, cerca de donde el muslo se encuentra con el abdomen. Una pantalla de orientación simple guía al usuario a la ubicación correcta y luego le indica que apriete un gatillo, que inserta con precisión la aguja en el vaso. El dispositivo verifica que la aguja haya penetrado en el vaso sanguíneo y luego le indica al usuario que haga avanzar un cable guía integrado, un cable delgado que se inserta en el cuerpo para guiar un instrumento más grande, como un catéter, dentro de un vaso. A continuación, el usuario hace avanzar manualmente un catéter. Una vez que el catéter está seguro en el vaso sanguíneo, el dispositivo retira la aguja y el usuario puede retirar el dispositivo.

Con el catéter de forma segura dentro del vaso, los socorristas pueden administrar líquidos, medicamentos u otras intervenciones.

Tan fácil como pulsar un botón

El equipo del Laboratorio Lincoln desarrolló la IA en el dispositivo aprovechando la tecnología utilizada para la detección de objetos en imágenes en tiempo real.

«Usando el aprendizaje de transferencia, entrenamos los algoritmos en un gran conjunto de datos de ecografías adquiridas por nuestros colaboradores clínicos en MGH», dice Lars Gjesteby, miembro del equipo de investigación del laboratorio. «Las imágenes contienen puntos de referencia clave de la anatomía vascular, incluidas la arteria y la vena femorales comunes».

Estos algoritmos interpretan los datos visuales que provienen del ultrasonido que se combina con AI-GUIDE y luego indican la ubicación correcta del vaso sanguíneo al usuario en la pantalla.

«La belleza de la pantalla en el dispositivo es que el usuario nunca necesita interpretar, ni siquiera ver, las imágenes de ultrasonido», dice Mohit Joshi, miembro del equipo que diseñó la pantalla. «Simplemente se les indica que muevan el dispositivo hasta que un rectángulo, que representa la embarcación objetivo, esté en el centro de la pantalla».

Para el usuario, el dispositivo puede parecer tan fácil de usar como presionar un botón para hacer avanzar una aguja, pero para garantizar un éxito rápido y confiable, suceden muchas cosas entre bastidores. Por ejemplo, cuando un paciente ha perdido un gran volumen de sangre y se vuelve hipotenso, las venas que normalmente serían redondas y llenas de sangre se vuelven planas. Cuando la punta de la aguja llega al centro de la vena, es probable que la pared de la vena se «encaje» hacia adentro, en lugar de ser perforada por la aguja. Como resultado, aunque la aguja se ha inyectado en el lugar adecuado, no logra entrar en el vaso.

Para garantizar que la aguja perfore el vaso de manera confiable, el equipo diseñó el dispositivo para poder verificar su propio trabajo.

«Cuando AI-GUIDE inyecta la aguja hacia el centro del vaso, busca la presencia de sangre creando succión», dice Josh Werblin, ingeniero mecánico del programa. «La óptica en el mango del dispositivo se dispara cuando hay sangre presente, lo que indica que la inserción fue exitosa». Esta técnica es parte de por qué AI-GUIDE ha mostrado tasas de éxito de inyección muy altas, incluso en escenarios de hipotensión donde es probable que las venas se arqueen.

Recientemente, el equipo publicó un artículo en la revista Biosensores que informa sobre las tasas de éxito de inserción de agujas de AI-GUIDE. Usuarios con experiencia médica que va de cero a más de 15 años probaron AI-GUIDE en un modelo artificial de tejido y vasos sanguíneos humanos, y un usuario experto lo probó en una serie de cerdos vivos y sedados. El equipo informó que después de solo dos minutos de entrenamiento verbal, todos los usuarios del dispositivo en el tejido humano artificial lograron colocar una aguja, y todos menos uno completaron la tarea en menos de un minuto. El usuario experto también logró colocar rápidamente tanto la aguja como la guía y el catéter integrados en aproximadamente un minuto. La velocidad de inserción de la aguja y la precisión fueron comparables a las de los médicos experimentados que operan en entornos hospitalarios con pacientes humanos.

Theodore Pierce, radiólogo y colaborador de MGH, dice que el diseño de AI-GUIDE, que lo hace estable y fácil de usar, se traduce directamente en bajos requisitos de capacitación y un rendimiento efectivo. «AI-GUIDE tiene el potencial de ser más rápido, más preciso, más seguro y requiere menos capacitación que los actuales procedimientos manuales de colocación de agujas guiadas por imágenes», dice. «El diseño modular también permite una fácil adaptación a una variedad de escenarios clínicos más allá del acceso vascular, incluida la cirugía mínimamente invasiva, la biopsia guiada por imágenes y la terapia del cáncer dirigida por imágenes».

En 2021, el equipo recibió un premio R&D 100 por AI-GUIDE, reconociéndola entre las nuevas tecnologías más innovadoras del año disponibles para licencia o en el mercado.

¿Que sigue?

En este momento, el equipo continúa probando el dispositivo y trabajando para automatizar completamente cada paso de su operación. En particular, quieren automatizar los pasos de inserción de la guía y el catéter para reducir aún más el riesgo de error del usuario o la posibilidad de infección.

«La retracción de la aguja después de la colocación del catéter reduce la posibilidad de una lesión inadvertida con la aguja, una complicación grave en la práctica que puede provocar la transmisión de enfermedades como el VIH y la hepatitis», dice Pierce. «Esperamos que una reducción en la manipulación manual de los componentes del procedimiento, como resultado de la integración completa de la aguja, la guía y el catéter, reduzca el riesgo de infección de la vía central».

AI-GUIDE fue construido y probado dentro del nuevo Laboratorio de Tecnología de Integración Virtual (VITL) de Lincoln Laboratory. VITL se construyó para llevar una capacidad de creación de prototipos de dispositivos médicos al laboratorio.

«Nuestra visión es crear rápidamente prototipos de dispositivos médicos inteligentes que integren IA, detección, en particular ultrasonido portátil, y robótica en miniatura para abordar las necesidades críticas no satisfechas para la atención tanto militar como civil», dice Laura Brattain, codirectora del proyecto AI-GUIDE. y también ocupa un puesto de científico visitante en MGH. «Al trabajar en estrecha colaboración con nuestros colaboradores clínicos, nuestro objetivo es desarrollar capacidades que puedan trasladarse rápidamente al entorno clínico. Esperamos que el papel de VITL siga creciendo».

AutonomUS, una empresa emergente fundada por los co-inventores MGH de AI-GUIDE, obtuvo recientemente una opción para los derechos de propiedad intelectual del dispositivo. AutonomUS busca activamente inversores y socios estratégicos.

«Vemos que la tecnología de la plataforma AI-GUIDE se vuelve omnipresente en todo el sistema de atención de la salud», dice Johnson, «permitiendo un tratamiento más rápido y preciso por parte de usuarios con una amplia gama de conocimientos, tanto para intervenciones de emergencia prehospitalarias como para intervenciones rutinarias guiadas por imágenes». procedimientos».

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre investigación, innovación y enseñanza del MIT.