Un novedoso sistema de broncoscopio robótico para navegación y biopsia de lesiones pulmonares

Los cánceres son notoriamente conocidos por su alta tasa de mortalidad y su creciente incidencia en todo el mundo. Entre ellos, el cáncer de pulmón es posiblemente uno de los más devastadores. Según el Fondo Mundial para la Investigación del Cáncer Internacional, el cáncer de pulmón fue el segundo cáncer más común en todo el mundo en 2020, con más de 2,2 millones de casos nuevos y 1,8 millones de muertes.

Sin embargo, el cáncer de pulmón, como otros tipos de cáncer, es más fácil de tratar si se detecta antes. «La tasa de supervivencia de 1 año informada para el estadio V es solo del 15 % al 19 % en comparación con el 81 % al 85 % para el estadio I, lo que significa que la diferenciación temprana de nódulos pulmonares benignos y malignos puede reducir efectivamente la mortalidad», dijo Xingguang. Duan, científico de la Escuela de Tecnología Médica del Instituto de Tecnología de Beijing.

Duan y sus colegas creen que el diagnóstico temprano del cáncer de pulmón es esencial para un tratamiento oportuno y mejores pronósticos. Con este fin, diseñaron un novedoso sistema de broncoscopio robótico que puede acceder de manera no intrusiva al área de interés dentro del pulmón para obtener muestras de lesiones pulmonares mínimamente invasivas, el estándar de oro para el diagnóstico de cáncer de pulmón. Esta investigación fue publicada en la revista Sistemas Cyborg y Biónicos.

«Imagínese insertar una línea larga y delgada en su boca, a través de sus vías respiratorias para cortar una pequeña parte de la lesión de interés dentro de su pulmón. Después de eso, esta línea delgada trae la muestra cortada para un examen más detenido para determinar si es benigno o maligno, «, dijeron los autores del estudio. «Para esto se diseñó el sistema de broncoscopio. Nuestro efector final es como una línea delgada. Para hacerlo, esta línea primero debe ser lo suficientemente delgada como para cruzar la tráquea y el bronquio».

«Además, debe poder doblarse, rotar y trasladarse para navegar de manera flexible por la compleja red de vías respiratorias», explicó Changsheng Li, el autor correspondiente de esta investigación, de la Escuela de Ingeniería Mecatrónica del Instituto de Tecnología de Beijing.

«Otro problema es que no se puede ver el efector final de esta línea a través del tórax del paciente. Sin embargo, para abordar con precisión la lesión de interés, la posición y la posición del efector final deben determinarse en tiempo real», dijo el autores Abordaron este problema mediante el desarrollo de un sistema de navegación, que conecta un endoscopio y dos sensores electromagnéticos al efector final, lo que permite el posicionamiento en línea para la navegación y brinda información visual para que los médicos diagnostiquen y tomen muestras.

El sistema de navegación también reconstruye un modelo virtual tridimensional basado en tomografía computarizada para la planificación de rutas robóticas, siempre que se elija el área objetivo. Al combinar el efector final flexible y el sistema de navegación, el sistema de broncoscopio robótico puede llegar automáticamente a la lesión objetivo y proporcionar una guía visual intraoperatoria para la toma de muestras de biopsia.

Verificaron la viabilidad de este sistema de broncoscopio robótico a través de un experimento de intervención asistida por navegación ex vivo. «Durante el experimento, la posición que muestra la tercera perspectiva del endoscopio virtual es consistente con la posición de la punta del efector final en relación con el fantasma de las vías respiratorias a partir de la observación visual. La vista del endoscopio virtual también coincide con el video real adquirido por el módulo del endoscopio. como se esperaba», dijo Li.

«Aunque el sistema ha logrado un desempeño broncoscópico prometedor, como dispositivo médico, todavía existen algunos problemas que limitan la aplicación y promoción clínica», explicaron los autores. «En primer lugar, se requiere la maniobra más conveniente para que los cirujanos la aprendan y la utilicen fácilmente; en segundo lugar, se requiere una vista endoscópica de alta resolución; finalmente, la calibración entre los entornos virtual y real aún requiere mucho tiempo y es poco amigable para el novato».

En el futuro, se centrarán en minimizar el diámetro del efector final y adoptar módulos reemplazables para diversos requisitos quirúrgicos, explorar el control conjunto para permitir que el robot tenga un movimiento más flexible en las vías respiratorias y adoptar algoritmos de visión artificial para realizar una calibración automática e inteligente. .

Proporcionado por Beijing Institute of Technology Press Co.