Una aguja miniaturizada e inalámbrica proporciona un medio seguro para realizar cirugías, tratar el cáncer y realizar pruebas de diagnóstico.

Lo que a primera vista parece telequinesis, un objeto independiente sin ataduras que se mueve repentinamente, podría ser algo común en los quirófanos del futuro, ya que los investigadores desarrollan dispositivos que responden a campos magnéticos aplicados en lugar de la guía de una mano humana o robótica.

La zona ha recorrido un largo camino en los últimos años. Los expertos han diseñado herramientas cada vez más pequeñas y refinado el uso de campos magnéticos para mover esas herramientas con el mayor control posible, prometiendo cirugías más seguras y menos invasivas. Pero cuanto más pequeños se vuelven los dispositivos, menos sensibles son a las fuerzas magnéticas que los animan.

«Limitar la fuerza magnética a escala en miniatura para robots móviles sin ataduras ha sido durante mucho tiempo un desafío práctico en el campo de la robótica magnética para cirugías mínimamente invasivas», dijo Axel Krieger, profesor asistente de ingeniería mecánica en la Escuela de Ingeniería Johns Hopkins Whiting. “Hasta ahora, los investigadores han probado y demostrado varias capacidades de navegación y dirección de los robots magnéticos. Sin embargo, lograr las fuerzas requeridas para la penetración en el tejido y tener los tamaños en miniatura a escalas clínicamente relevantes ha sido un problema difícil”.

Para superar este desafío, el equipo de investigación de Krieger rediseñó los componentes básicos de una aguja quirúrgica y creó un dispositivo que llamaron colisiones activadas por pulsos magnéticos para agujas penetrantes de tejidos (aguja MPACT). Sus hallazgos fueron publicados recientemente en la revista Sistemas inteligentes avanzados.

El elemento clave del dispositivo es un mecanismo de percusión interno que permite que pequeños imanes en el interior se deslicen hacia adelante y hacia atrás y hagan contacto con una placa rígida. En el punto de contacto, el impulso del imán deslizante se transfiere a la punta de la aguja, creando una fuerte fuerza momentánea que lo impulsa a través del tejido blando para suturar y cerrar una herida o incisión quirúrgica. La intensidad y la frecuencia de los tapping son controladas por el cirujano, lo que le permite adaptarse a diversas condiciones durante la cirugía, como: B. la rigidez del tejido se puede ajustar.

En experimentos de prueba de concepto, el equipo de Krieger colocó un hilo delgado en la parte posterior de la aguja MPACT y controló el dispositivo con un joystick, que activa el mecanismo de percusión. Los investigadores señalan que la aguja MPACT también se puede usar para biopsias y para administrar medicamentos directamente a los tumores.

El equipo ahora se enfoca en desarrollar algoritmos de control de movimiento inteligente con modalidades de imágenes para aplicaciones clínicas más seguras y sin errores. En su artículo, el equipo señaló que estos algoritmos ayudarán a garantizar un control preciso del dispositivo y mejorarán la seguridad del paciente. También se usarían imágenes médicas intraoperatorias como MRI, ultrasonido, OCT o rayos X para rastrear el dispositivo cuando esté en el cuerpo.

Los investigadores dicen que su enfoque es probablemente aplicable a cualquier medio magnético que requiera una fuerte aplicación de fuerza. Los ingenieros de magneto-robótica ahora pueden diseñar dispositivos seguros y efectivos que incorporan este mecanismo de percusión para diversas aplicaciones, tales como: B. acceso a tumores de difícil acceso o para diagnósticos no invasivos.

El autor principal, Onder Erin, investigador postdoctoral en ingeniería mecánica en la Universidad Johns Hopkins, ve que el método de aplicación de fuerza desarrollado por su equipo se está adoptando para su uso en otros dispositivos.

“El objetivo general de esta técnica no es solo lograr fuerzas más fuertes, sino también ayudar a los investigadores a miniaturizar aún más sus dispositivos magnéticos con requisitos de alta fuerza. Esta amplificación de potencia también podría conducir a espacios de trabajo más grandes de los sistemas magnéticos para adaptarse a tamaños a escala humana. Estos avances acercarán la robótica magnética un paso más a la aplicación clínica”, dijo.

Referencia: Onder Erin, et al., Superación de las limitaciones de fuerza de la cirugía robótica magnética: aguja MPACT para intervenciones sin ataduras, sistemas inteligentes avanzados (2022). DOI: 10.1002/aisy.202200072

Crédito de la imagen de la característica: Onder Erin

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