SISTEMA QUIRÚRGICOS ROBÓTICOS  Y TELEBÓTICOS  
PARA  CIRUGÍA PARA ABDOMINAL

Alfredo Córdova Dupeyrat* & Garth H. Ballantyne#

. RESUMEN
. INTRODUCCIÓN
. CIRUGÍA ROBÓTICA
. AESOP
. ENDOASSIST
. CIRUGÍA TELEROBÓTICA
. Da VINCI
. ZEUS

La Administración Federal de Drogas de los Estados Unidos (FDA), ha aprobado cuatro  sistemas robóticos quirúrgicos para uso clínico durante operaciones abdominales dentro del territorio estadounidense. Estos son: 

Automated Endoscopic System for Optimal Positioning (AESOP) (Computer Motion Incorporated, Santa Barbara, California), Endoassist (Armstrong Health Limited, High Wycombe, Reino Unido), Da Vinci (Intuitive Surgical, Mountain View, California) y Zeus (Computer Motion Incorporated, Santa Barbara, California). Durante la cirugía, el sistema robótico quirúrgico desempeña las funciones de uno de los asistentes quirúrgicos. El cirujano permanece a lado de la mesa quirúrgica y opera directamente sobre el paciente utilizando instrumentos tradicionales de laparoscopía. AESOP y Endoassist son sistemas quirúrgicos robóticos que reemplazan al camarógrafo y sostienen el telescopio de video durante las cirugías laparoscópicas. En contraste, durante la cirugía telerrobótica, el telerobot sostiene la cámara y además realiza la operación mediante dos o más brazos robóticos. El cirujano se localiza sentado a distancia del paciente y controla los movimientos de los brazos e instrumentos quirúrgicos telerrobóticos a través de la interfase de una computadora. 

En el presente artículo, presentaremos el desarrollo histórico de la cirugía robótica y telerobótica. Así mismo, repasaremos el actual estado de estos sistemas quirúrgicos durante su uso en operaciones abdominales. Además, describiremos cada uno de los sistemas quirúrgicos robóticos y telerobóticos aprobados por la FDA destacando sus características particulares, diferencias y limitaciones.

El primer robot clínicamente exitoso, llamado “Robodoc,” fue introducido en un reemplazo total de cadera.1 2 Cirujanos generales inicialmente pusieron su atención en reemplazar al camarógrafo con un robot controlado por un cirujano. En 1993, en la Universidad de California en Davis, Moran describió un sujetador de cámara controlado pneumáticamente y regulado pasivamente en forma electrónica.3 Buess y colegas en Tubingen, Alemania desarrollaron un prototipo de camarógrafo robótico considerado el “FIPS Endoarm”.4 Este brazo robótico era controlado a distancia mediante un “anillo” para el dedo que se encontraba adherido a uno de los instrumentos del cirujano. Este se movilizaba presentando cuatro grados de libertad, mientras conservaba un punto fijo de moción forzada. AESOP es el primer sistema quirúrgico robótico en ser usado rutinariamente en cirugía laparoscópica.

El primer robot en ser aprobado por la FDA para uso clínico en abdomen es AESOP, el cual es fabricado por Computer Motion Incorporated de Santa Barbara, CA. La aprobación de la FDA fue otorgada en 1994. Computer Motion fue inicialmente fundada con una concesión para investigación de la NASA, con el fin de desarrollar un brazo robótico para el programa espacial de los Estados Unidos. Posteriormente, este brazo fue modificado para sostener un laparoscopio y reemplazar al camarógrafo laparoscópico. Una computadora rastrea la posición de la punta del telescopio. Cuando AESOP recién es introducido, el cirujano controla el brazo robótico ya sea manualmente o a distancia a través de un pedal o un control manual. 5 6 Generaciones más recientes de AESOP obedecen a comandos de voz.7 8 El robot se sujeta a un lado de la mesa quirúrgica. Este es liviano y puede ser levantado con facilidad. Sin embargo, se provee un coche que facilita el transporte del robot. Cuenta con una serie de adaptadores que pueden sujetar cualquier laparoscopio rígido. Esto permite al cirujano variar entre telescopios de 3 mm, 5mm, y 10 mm, así como entre varios telescopios angulados.

El cirujano cuenta con un micrófono y controla los movimientos del telescopio con comandos específicos de voz al robot (FIGURA 1). Él graba estos comandos de voz en una tarjeta de sonido. Cada cirujano requiere una tarjeta de sonido personalizada. El algoritmo de la computadora que identifica el patrón de voz propio del cirujano es propiedad y esta patentado por Computer Motion. El cirujano verbalmente puede programar tres posiciones para el telescopio y posteriormente ordenar al robot a regresar a estas posiciones pre-establecidas. Esto facilita maniobras repetitivas como suturas. El cirujano verbalmente retira el telescopio, por ejemplo, para ofrecer una vista panorámica cuando se introduce la sutura. El zoom de la cámara se acerca a una segunda posición pre-establecida mientras se inserta la sutura y luego se mueve más hacia adentro para una vista cercana cuando el nudo es amarrado y ajustado. Tres comandos de voz simples regresan el telescopio a cada una de estas tres posiciones. 

AESOP cuenta con una serie de sistemas de libre-falla que protegen al paciente. Al inicio de la cirugía, el cirujano fija un margen inferior limite para el brazo robótico de AESOP. Esto previene al brazo robótico de herir al paciente durante la operación. Inclusive, pequeñas presiones sobre la punta del telescopio apartan la acopladura magnética que une el telescopio a AESOP. Esto evita comandos inadvertidos por parte del cirujano a conducir el telescopio a través de estructuras anatómicas, como el hígado.

AESOP provee una plataforma estable para la cámara. El robot no es distraído por llamadas telefónicas y no se aburre con la operación. Mas aun, el brazo de AESOP no se cansa. Como resultado, la imagen de video no tiembla y no tiende a perderse fuera del campo operatorio. Por ejemplo, grupos en Antwerp, Bélgica y Catania, Italia han hallado a AESOP de gran ayuda en la realización de adrenalectomías laparoscópicas.9 10 Ambos grupos hallaron que una plataforma estable para la cámara proporciona una imagen de video estable y constante la cual facilita la operación. Además, AESOP recuerda donde se ubica el horizonte y permanece orientado adecuadamente, mientras se desplaza a distintas locaciones. Tanto la imagen estable así como la relación constante con el horizonte, minimizan la “enfermedad del movimiento” en el equipo operatorio.

AESOP facilita la realización de procedimientos laparoscópicos de cirugía general de “cirujanos solitarios”. Geis y colegas emplearon a AESOP para realizar 24 reparaciones de hernia inguinal, colecistectomías y fundoplicaturas de Nissen con actuación solitaria del cirujano.11 Todos los procedimientos se llevaron a cabo exitosamente sin la colaboración de ningún asistente quirúrgico. Nosotros, recientemente hemos documentado la habilidad de AESOP para facilitar colectomías laparoscópicas con “cirujano solitario”.12 Comparamos catorce colectomías laparoscópicas asistidas por el robot realizadas en el 2000 con once colectomías laparoscópicas tradicionales llevadas a cabo el año previo. Todas las operaciones fueron hechas en casos benignos, hallando que no existió diferencia en los tiempos operatorios entre los dos grupos. Once de las catorce operaciones asistidas por el robot, se realizaron por un “cirujano solitario” haciendo uso de una técnica de tres trocares y sin la ayuda de un asistente quirúrgico. La razón más común para añadir un trocar adicional fue la necesidad de la lisis de adherencias de cirugías abdominales previas. Estos dos estudios indican que AESOP puede sustituir adecuadamente a un camarógrafo humano en procedimientos laparoscópicos de cirugía general. Inclusive, estos estudios hallaron que el cirujano puede frecuentemente lograr operaciones laparoscópicas gastrointestinales y de hernias por si solo, sin la colaboración de un cirujano asistente.

AESOP ha impulsado exitosamente la era quirúrgica de asistencia robótica. Confiablemente, puede reemplazar a un camarógrafo humano, proporcionando una plataforma estable para la cámara la cual frecuentemente acorta la distancia del cirujano y aparenta disminuir el riesgo de “enfermedad de movimiento” en el equipo operatorio. Cirujanos experimentados pueden hacer uso de AESOP para realizar cirugías laparoscópicas solitarias sin un camarógrafo o asistente quirúrgico. En algunos hospitales, AESOP puede ofrecer ventajas económicas al disminuir el número de empleados hospitalarios requeridos para asistir en operaciones laparoscópicas.

Una compañía británica, Armstrong Healthcare Ltd, ha introducido al mercado un camarógrafo robótico llamado “Endoassist”.13 14 La FDA recientemente ha autorizado el uso de Endoassist dentro de los Estados Unidos. Desafortunadamente, muy poco es lo que se a publicado acerca de él hasta la fecha. El cirujano controla el movimiento con su cabeza (FIGURA 2), usando en su frente un dispositivo que emite rayos infrarrojos. El cirujano apunta el rayo al punto en el monitor de video que desea observar. El robot mueve la vista de la cámara a esa posición. Este sistema ofrece algunas ventajas a aquellos cirujanos que puedan encontrar distractivo la constante charla requerida para controlar a AESOP. Esta sujeto a una base separada que es rodada al costado del paciente.

El Departamento de Defensa de los Estados Unidos impulsó el desarrollo de la telerobótica con la esperanza de que los cirujanos del futuro pudiesen operar a soldados heridos en el campo de batalla desde lugares remotos. 15 Noventa por ciento de todas las muertes de combate ocurren antes de que el soldado herido pueda ser evacuado a un hospital militar o portaviones. Ciertamente, pocos soldados fallecen luego de haber llegado a estas instalaciones médicas. 16 17 Como resultado, el objetivo de la cirugía telerobótica era permitir a los cirujanos el tratar lesiones amenazantes para la vida, particularmente hemorragias desangrantes, en el campo de combate antes de que el soldado muera. 18 En este escenario, un médico traslada al soldado herido a una ambulancia blindada en el frente de combate la cual cuenta con un sistema quirúrgico robótico. El soldado es puesto debajo de los brazos robóticos. El cirujano se encuentra sentado en un terminal de computadora en el portaviones o en un hospital militar cercano, el que controla el sistema quirúrgico robótico. El cirujano ve una reconstrucción virtual del soldado y liga los vasos sangrantes con los instrumentos quirúrgicos telerobóticos. La primera cirugía telerobótica fue realizada en 1991.19 Bowersox y colegas fueron los primeros en probar la factibilidad de este concepto para aplicación militar con un prototipo de sistema telerrobótico en 1998.20 

La cirugía telerobótica o cirugía de teleprescencia es el siguiente peldaño en la evolución de la cirugía robótica.21 La FDA ha aprobado dos sistemas de cirugía telerobótica para uso clínico dentro de los Estados Unidos. Intuitive Surgery (Mountain View, California) fabrica a Da Vinci y Computer Motion Incorporated (Santa Barbara, California) produce a Zeus. En ambos robots, el cirujano se sienta frente a una consola de computadora la cual está ubicada en un lugar distante al paciente. Actualmente, la FDA obliga al cirujano a permanecer en la misma sala de operaciones que el paciente. El campo operatorio es proyectado por sistemas de imagen tridimensional. El cirujano representa al amo y el robot al esclavo.22 La consola de la computadora traduce los movimientos de las manos del cirujano a movimientos en los instrumentos quirúrgicos telerobóticos. Estos funcionan con terminales articulados que se mueven sincrónicamente con los movimientos de las manos del cirujano, facilitando maniobras laparoscópicas complicadas, tal como suturar. 

La FDA autorizó a Da Vinci para uso clínico en cirugías abdominales el 4 de junio del 2000. Da Vinci consta de tres partes separadas (FIGURA 3). El cirujano se sienta frente a una consola o estación de trabajo (FIGURA 3). Sus manos se acoplan a los “masters” que actúan como interfase con la computadora (FIGURA 4). El cirujano se sienta en una posición conveniente y ergonómicamente cómodo. La computadora y el sistema de imagen 3-D ocupan el resto de la consola. Una torre contiene el equipo electrónico de video y el insuflador para el pneumoperitoneo. El robot cuenta con tres brazos (FIGURA 5). El brazo central sujeta la cámara, mientras los dos brazos laterales sostienen los instrumentos quirúrgicos. Estos a su vez se articulan en una “muñeca”, movilizándose con seis grados de libertad y dos grados de rotación axial. Los brazos robóticos son movidos al costado de la mesa quirúrgica. La computadora sigue el curso de la ubicación tridimensional de un punto cercano a la punta del trocar, mas no la punta de los instrumentos quirúrgicos. El telescopio pasa por un trocar de 12 mm y los instrumentos quirúrgicos a través de dos trocares de 8 mm. En los Estados Unidos, los instrumentos quirúrgicos son parcialmente reusables, pudiendo ser utilizados hasta en diez ocasiones. La computadora del telerobot lleva el registro del número de usos de cada instrumento y no operará ninguno de estos posterior a la décima usada. 

Da Vinci se vanagloria de contar con un verdadero sistema de imagen tridimensional que se asemeja bastante a mirar a través de binoculares de campo. El telescopio para este sistema es de 12 mm de diámetro y contiene dos telescopios separados de 5 mm cada uno. Dos cámaras de video de 3-chips teledifunden la imagen a dos pantallas CRT distintas. Un sincronizador mantiene las imágenes de las dos cámaras en conjunto. Espejos reflejan las imágenes desde las pantallas CRT hasta el mirador binocular en la consola del cirujano. En este sistema, las imágenes de la derecha y de la izquierda permanecen separadas desde los telescopios hasta los ojos del cirujano. El ojo derecho ve la imagen derecha y el ojo izquierdo ve la imagen izquierda, tal como en los binoculares.

La consola del cirujano de Da Vinci genera un campo operatorio virtual. La cabecera esta diseñada como para que el cirujano se sumerja dentro del campo operatorio. Esto produce teleprescencia, la percepción de que uno se encuentra dentro del campo operatorio virtual. 23 Esto puede mejorar la percepción de un cirujano de una compleja anatomía tridimensional y ayudarlo a mantenerse orientado dentro del campo operatorio. Sin embargo, hay una tendencia del cirujano a escapar del verdadero ambiente de la sala de operaciones. La consola tiende a impedir la conversación, por ejemplo, con el equipo operatorio. 

Nosotros recientemente hemos revisado resultados clínicos de cirugía telerobótica en otros lugares.24 Cadiere y colegas reportaron la primera ejecución clínica exitosa del sistema de cirugía telerobótica Da Vinci en marzo de 1997 cuando realizó una colecistectomía laparoscópica.25 Cadiere también reportó el uso exitoso de este sistema para un bypass gástrico con laparoscopía telerobótica 26, fundoplicatura de Nissen 27 y reanastomosis de la trompa de Falopio.28 Aproximadamente setenta y seis operaciones telerobóticas gastrointestinales han sido reportadas con el sistema robótico quirúrgico Da Vinci.29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 La operación más comúnmente reportada fue la fundoplicatura de Nissen con treinta y ocho casos y la segunda más común fue la colecistectomía con veinte. Otras operaciones incluyen esofagectomías, gastrectomías, pancreatectomías distales, miotomías de Séller y colectomías. La mayoría de estos casos fueron presentados en la Sociedad Americana de Cirujanos Gastrointestinales (SAGES) en abril del 2001. Estos reportes indicaron que la cirugía telerobótica gastrointestinal podría ser realizada de forma segura.

Nosotros hemos examinado el impacto de Da Vinci en la duración de las colecistectomías laparoscópicas.39 Comparamos veinticinco pacientes que fueron intervenidos con una colecistectomía laparoscópica asistida con AESOP y veinticinco colecistectomías laparoscópicas asistidas con Da Vinci. Ambos grupos eran similares en edad, sexo, índice de masa corporal (IMC), e indicación para cirugía. No hubo muertes ni conversiones en uno u otro grupo. Hubo dos infecciones de herida operatoria en el grupo de Da Vinci (8.6%) y una infección de herida operatoria (4.5%); y un incidente de sangrado en el punto del trocar (4.5%), en el grupo de AESOP. No existieron diferencias significativas entre los tiempos de estadía postoperatoria, pérdidas sanguíneas o tiempos operatorios, entre ambos grupos. La duración de la cirugía desde la incisión hasta la puesta de gasas no descendió con experiencia adicional. Tiempo total de la sala de operaciones fue mayor en las operaciones con Da Vinci que en las operaciones con AESOP (154.8 vs. 134.4 minutos, p>0.05 por ANOVA) pero esta aparente diferencia de tiempos desapareció una vez que el equipo de la sala quirúrgica realizó junto nueve operaciones telerobótica. Este estudio halló que las operaciones con Da Vinci no requieren un tiempo total de sala de operaciones significantemente mayor que las operaciones con AESOP. Mas aun, las colecistectomías laparoscópicas telerobóticas lograron los mismos resultados clínicos. 

El diseño actual de Da Vinci genera varias limitaciones. La altura y gran peso de sus componentes hace difícil trasladar a Da Vinci de una sala de operaciones a otra. Sin embargo, nosotros somos capaces de movilizar a nuestro Da Vinci de la sala de operaciones cardiovascular a la sala de laparoscopía con únicamente menores inconvenientes. Los brazos telerobóticos son sujetados por una torre separada y no se acoplan a la mesa de operaciones. Esto quiere decir que los brazos telerobóticos deben ser apartados del paciente cuando se desee cambiar la posición de este. Esto no representa un problema en operaciones tales como colecistectomías o fundoplicaturas de Nissen en las que el paciente es rara vez reacomodado. Sin embargo, durante colectomías esto suma algo más de tiempo al procedimiento. En estos casos, nosotros tratamos de movilizar la pelvis y el colon izquierdo con el paciente en una posición y luego lo reacomodamos para la movilización de la flexura esplénica. Esto limita el número de veces que los brazos telerobóticos son sujetados y resujetados al paciente, acelerando el procedimiento. 

Tecnología similar ha sido desarrollada por Computer Motion, los fabricantes de AESOP, y comercializada bajo el nombre de Zeus. Computer Motion uso a AESOP como la base para la creación de un robot capaz de realizar cirugía telerobótica. En este sistema, el robot de comandos de voz AESOP, continúa sujetando la cámara. Dos unidades adicionales semejantes a AESOP han sido modificadas para sostener los instrumentos quirúrgicos (FIGURA 6). Estas tres unidades son independientemente acopladas en la mesa de la sala de operaciones (FIGURA 7). Una computadora dentro de la consola del cirujano controla los tres brazos. Esta lleva el rastro de la posición tridimensional de la punta de cada instrumento y de la cámara, mas no de la posición del trocar como en el caso de Da Vinci. En modelos previos, el cirujano controlaba los instrumentos laparoscópicos con mangos similares a los de los instrumentos de laparoscopía tradicional. La computadora traduce los movimientos de estos manubrios a mociones idénticas en los instrumentos quirúrgicos del robot. La versión más reciente de Zeus utiliza una interfase más ergonómica entre el cirujano y los instrumentos robóticos (FIGURA 8). Estos manubrios controlan instrumentos quirúrgicos que se articulan cerca de sus puntas. El cirujano se sienta en un cómodo asiento frente al monitor de video. La computadora elimina los tremores de descanso del cirujano y puede ser programada para llevar los movimientos de las manos de éste en escala, en rangos que fluctúan entre 2:1 hasta 10:1. 

En Zeus, el cirujano observa la operación con un sistema de imágenes tridimensional de Storz (Karl Storz Endoscopy of North America, Santa Barbara, CA). El brazo robótico que controla la cámara es operado a través de comandos de voz por el cirujano. Este sistema de imágenes tridimensional acelera el rango de resolución del sistema de video. Cámaras de video separadas, derecha e izquierda, visualizan el campo operatorio. Cada una radiodifunde en una frecuencia de 30 cuadros por segundo. Una computadora incorpora y acelera esto a una frecuencia de radiodifusión de 60 cuadros por segundo. Este radiodifusor alterna cuadros de las cámaras de videos derecha e izquierda. El monitor de video presenta una matriz activa cubriendo su superficie, la cual se alterna entre un filtro polarizante que sigue el sentido de la aguja del reloj y otra que va en sentido inverso. El primer filtro se sincroniza con el cuadro de video derecho y el otro coincide con la imagen del video izquierdo. El cirujano utiliza lentes que presentan un filtro polarizante de sentido horario como lente derecho y un filtro polarizante antihorario como lente izquierdo. Estos permiten al ojo izquierdo ver únicamente las imágenes de video de la cámara izquierda y al ojo derecho las imágenes de video de la cámara derecha. Esto hace posible la proyección de una imagen en tres dimensiones desde el monitor de video.

La consola del cirujano de Zeus hace frente a diferentes objetivos filosóficos que aquellos de Da Vinci (FIGURA 6). Este no se esfuerza por lograr una teleinmersión, mas si intenta presentar al cirujano un ambiente operatorio que deriva directamente de la cirugía laparoscópica tradicional. El cirujano observa la proyección de la imagen en tres dimensiones en un monitor de video estándar. Él se sienta cómodamente en una silla, comunicándose con el camarógrafo con su voz. Así mismo, este controla los instrumentos quirúrgicos de manera similar a la cirugía laparoscópica. Efectivamente, versiones anteriores de la consola utilizaron mangos de instrumentos laparoscópicos estándar como la interfase entre el cirujano y la computadora. La introducción de movimientos semejantes a los manuales desde los instrumentos, requirió la evolución de los manubrios, haciéndose evidente la diferencia con los instrumentos quirúrgicos tradicionales. Este tipo de consolas mantienen mejor contacto entre el cirujano y el equipo operatorio, pero no genera el mismo sentido de inmersión dentro del campo operatorio virtual que logra la consola de Da Vinci. 

La configuración del brazo telerobótico de Zeus ofrece una ventaja distinta para cirugías abdominales complejas (FIGURA 7). Los tres brazos están sujetos directamente a la mesa operatoria. Esto quiere decir que la mesa puede ser reposicionada sin interferir con el adecuado funcionamiento de los brazos robóticos. El paciente puede ser cambiado de la posición de Trendelenburg a Trendelenburg reversa sin la necesidad de acomodar los brazos. Esto facilita la realización de colectomías telerrobóticas.

La FDA ha concedido a Zeus únicamente una aprobación limitada para operaciones abdominales. Puede ser usado como camarógrafo y asistente operatorio pero todavía no como cirujano operador. Existe experiencia clínica limitada respecto a Zeus en los Estados Unidos. Esta restricción no se hace efectiva en los demás lugares. Marescaux y colegas, del Instituto Europeo de Telecirugía, recientemente reportaron la prueba clínica más grande con Zeus en cirugía abdominal.40 Veinticinco pacientes seleccionados se sometieron a colecistectomías laparoscópicas asistidas con Zeus. Una operación fue convertida de procedimiento telerrobótico a colecistectomía laparoscópica estándar. El tiempo medio para instalar y guardar al robot Zeus fue de 18 minutos. El tiempo medio de disección usando a Zeus fue de 25 minutos y el tiempo medio del total del tiempo operatorio fue de 108 minutos. La única complicación entre los veinticinco pacientes fue una posible embolia pulmonar, a pesar de que no se halló émbolo en la tomografía. El promedio del tiempo de permanencia postoperatoria fue de tres días, lo cual es similar a colecistectomías laparoscópicas estándares en Francia. Estos cirujanos remarcaron en este reporte las ventajas potenciales de un formato digitalizado para la transferencia de información y el espectro de cirugía robótica sobre larga distancia. 

Recientemente, Zeus fue utilizado para lograr cirugía de teleprescencia con el cirujano separado por 3800 millas de su paciente. 41 El profesor Marescaux sentado frente a la consola de Zeus en la ciudad de Nueva York realizó una colecistectomía telerrobótica a un paciente en Strasbourg, Francia.^{42 43} La consola del cirujano estaba conectada directamente al brazo robótico de Zeus a través de un cable de fibra óptica trasatlántico. Esta conexión directa minimizó el retraso de tiempo entre los movimientos de las manos del cirujano, de los instrumentos robótico y la imagen de video de retorno. El uso de satélites para transmitir las señales digitales introducen una gran distancia y retrasan significativamente el recorrido de ida y vuelta de estas señales electrónicas. Este triunfo quirúrgico probó la realidad de la cirugía telerrobótica, y quizás, haya abierto una nueva era en la cirugía.

Bibliografía

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* Hospital Nacional Arzobispo Loayza. Facultad de Medicina Humana USMP. Lima, Perú
# Minimally Invasive & Telerobotic Surgery Institute. Hackensack University Medical Center. Hackensack, New Jersey, USA

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