¿Les damos a los robots el bisturí que le pertenecía al cirujano?
Tras décadas de solo asistir a los médicos en la sala de cirugía, ¿están las máquinas sofisticadas preparadas para tomar el control en las operaciones?
James Gaines - Knowable en español
En 2004, la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa de Estados Unidos (DARPA) ofreció un premio de un millón de dólares a cualquier grupo que pudiera diseñar un automóvil autónomo capaz de conducir por sí mismo a través de 142 millas de terreno accidentado desde Barstow, California, hasta Primm, Nevada. Trece años más tarde, el Departamento de Defensa anunció otro premio —esta vez no para un vehículo robot, sino para médicos autónomos y robotizados—.
Los robots han estado presentes en la sala de operaciones desde los años ochenta para cosas como sujetar las extremidades de un paciente en su sitio, y más tarde para la cirugía laparoscópica, en la que los cirujanos pueden utilizar brazos robóticos con mando a distancia para operar en el cuerpo humano a través de pequeños agujeros en lugar de enormes cortes. Pero, en su mayor parte, estos robots han sido, en esencia, solo versiones muy rebuscadas de los bisturíes y fórceps que los cirujanos han estado utilizando durante siglos —increíblemente sofisticados, sin duda, y capaces de operar con una precisión increíble, pero siguen siendo herramientas en manos del cirujano—. (Lea Lecanemab, el prometedor fármaco para tratar el alzhéimer sobre el que aún hay dudas)
A pesar de los muchos retos, ha habido progreso. Hoy, cinco años después del anuncio de aquel premio, los ingenieros están dando pasos hacia la construcción de máquinas independientes que no solo pueden cortar o suturar, sino también planificar esos cortes, improvisar y adaptarse. Los investigadores están mejorando la capacidad de la máquina para navegar por las complejidades del cuerpo humano y coordinarse con los médicos humanos. Pero el cirujano robótico verdaderamente autónomo que los militares pueden imaginar —tal como los vehículos verdaderamente sin conductor— puede estar todavía muy lejos. Y su mayor reto puede no ser tecnológico, sino convencer a la gente de que está bien utilizarlos.
Pacientes imprevisibles
Por un lado, tanto los conductores como los cirujanos deben aprender a desenvolverse en sus entornos específicos, algo que parece fácil en principio, pero que resulta infinitamente complicado en el mundo real. Las carreteras de la vida real tienen tráfico, equipos de construcción, peatones —todas estas cosas que no aparecen necesariamente en Google Maps y que el vehículo debe aprender a evitar—.
Del mismo modo, aunque un cuerpo humano suele ser igual a otro en general, las películas infantiles tienen razón: todos somos especiales por dentro. El tamaño y la forma precisos de los órganos, la presencia de tejido cicatricial y la ubicación de los nervios o los vasos sanguíneos suelen diferir de una persona a otra.
“Hay tanta variación en cada paciente”, dice Barbara Goff, oncóloga ginecológica y cirujana en jefe del Centro Médico de la Universidad de Washington en Seattle. “Creo que eso puede suponer un reto”. Ella lleva más de una década utilizando robots quirúrgicos laparoscópicos, de los que no se mueven por sí mismos, pero sí traducen los movimientos del cirujano.
El hecho de que los cuerpos se muevan plantea una complejidad adicional. Unos cuantos robots ya muestran cierta autonomía, y uno de los ejemplos clásicos es un dispositivo con el nombre (quizá un poco raro) de ROBODOC, que puede utilizarse en la cirugía de cadera para rebajar el hueso alrededor de la cavidad de la cadera. Pero el hueso es relativamente fácil de trabajar y, una vez fijado en su sitio, no se mueve mucho. “Los huesos no se doblan”, dice Aleks Attanasio, un especialista en investigación que ahora trabaja en Konica Minolta y que escribió sobre los robots en la cirugía para el Annual Review of Control, Robotics, and Autonomous Systems de 2021. “Y si lo hacen, el problema es mayor.”
Por desgracia, el resto del cuerpo no es tan fácil de fijar en su sitio. Los músculos se contraen, los estómagos gorjean, los cerebros se agitan y los pulmones se expanden y se contraen, por ejemplo —incluso antes de que un cirujano se meta ahí y empiece a mover las cosas—. Y mientras que un cirujano humano puede obviamente ver y sentir lo que está haciendo, ¿cómo podría un robot saber si su bisturí está en el lugar correcto o si los tejidos se han desplazado?
Una de las opciones más prometedoras para este tipo de situaciones dinámicas es el uso de cámaras y un sofisticado software de seguimiento. A principios de 2022, por ejemplo, los investigadores de la Universidad Johns Hopkins utilizaron un dispositivo llamado Robot Autónomo de Tejidos Inteligentes (STAR, por sus siglas en inglés) para volver a coser dos extremos de intestino seccionado en un cerdo anestesiado —una tarea potencialmente con mucho movimiento— gracias a este sistema visual.
Un operador humano marca los extremos del intestino con gotas de pegamento fluorescente, creando marcadores que el robot puede seguir (un poco como un actor que lleva un traje de captura de movimiento en una película de Hollywood). Al mismo tiempo, un sistema de cámaras crea un modelo tridimensional del tejido mediante una cuadrícula de puntos de luz proyectados sobre la zona. Juntas, estas tecnologías permiten al robot ver lo que tiene enfrente.
“Lo realmente especial de nuestro sistema de visión es que nos permite no solo reconstruir el aspecto de ese tejido, sino que además lo hace con la suficiente rapidez como para poder hacerlo en tiempo real”, afirma el codiseñador del sistema STAR, Justin Opfermann, estudiante de doctorado de ingeniería en Hopkins. “Si algo se mueve durante la cirugía, puede detectarlo y seguirlo”.
Así, el robot puede utilizar esta información visual para predecir el mejor curso de acción, presentando al operador humano diferentes planes para elegir o comprobando con ellos entre sutura y sutura. En las pruebas, STAR funcionó bien por sí solo, aunque no a la perfección. En total, el 83 % de las suturas pudo realizarse de forma autónoma, pero el humano aún tuvo que intervenir el otro 17 % de las veces para corregir las cosas.
“El 83 % puede superarse sin duda”, dice Opfermann. La mayor parte del problema consistía en que el robot tenía un poco de dificultad para encontrar el ángulo correcto en ciertas esquinas y necesitaba que un humano le diera un empujón para que entrara en el lugar correcto, dice. Los ensayos más recientes, que aún no se han publicado, tienen ahora unos índices de éxito que rondan el 90%. En el futuro, es posible que el humano solo tenga que aprobar el plan y luego verlo pasar, sin necesidad de intervenir.
Pasar la prueba de seguridad
Por ahora, sin embargo, sigue siendo necesario que haya alguien en el asiento del conductor, por así decirlo. Y podría ser así durante un tiempo para muchos robots autónomos diferentes: aunque teóricamente podríamos ceder la toma de decisiones completa al robot, esto plantea una pregunta, una que también ha plagado a los automóviles sin conductor.
“¿Qué ocurre si algunas de estas actividades salen mal?”, dice Attanasio. “¿Y si el vehículo tiene un accidente?”.
La opinión general, por ahora, es que lo mejor es mantener a los humanos en última instancia en el control —al menos en un papel de supervisión, revisando y firmando los procedimientos y estando a la espera en caso de emergencia—.
Aun así, demostrar a los hospitales y a los organismos reguladores que los robots autónomos son seguros y eficaces puede ser el mayor obstáculo para que los robots verdaderamente libres de humanos entren en la sala de operaciones. Los expertos tienen algunas ideas sobre cómo sortear esto.
Por ejemplo, es probable que los diseñadores tengan que ser capaces de explicar a las autoridades reguladoras cómo piensan y cómo deciden los robots qué hacer después, dice Attanasio, sobre todo si progresan hasta el punto de no limitarse a asistir a un cirujano humano, sino de ejercer ellos mismos la medicina. Sin embargo, esa explicación puede ser más fácil de decir que de hacer, ya que la mayoría de los sistemas de inteligencia artificial actuales pueden dejar a los observadores pocas pistas sobre cómo toman las decisiones. Por ello, los ingenieros pueden querer diseñar teniendo en cuenta la “explicabilidad” desde el principio.
Pietro Valdastri, ingeniero biomédico de la Universidad de Leeds, Inglaterra, y uno de los coautores del estudio de Attanasio, cree que es posible que ningún fabricante pueda resolver fácilmente la cuestión de la regulación, aunque tiene una solución. “La solución aquí es hacer un sistema que, aunque sea autónomo, sea intrínsecamente seguro”. Esto significa que la próxima generación de robots quirúrgicos podría no parecerse tanto a los automóviles de carretera como a los carritos chocones.
Valdastri está trabajando en lo que se conoce como robots blandos, sobre todo para las colonoscopias. Tradicionalmente, una colonoscopia requiere serpentear un tubo flexible con una cámara —un endoscopio— a través del intestino para buscar signos tempranos de cáncer de colon. El procedimiento está recomendado para cualquier persona mayor de 45 años, pero puede llevar mucho tiempo y mucha formación para que un operador se haga competente con el endoscopio. Al haber pocos operadores debidamente formados, las listas de espera se han disparado.
Pero el uso de un robot inteligente que pueda dirigirse a sí mismo facilitaría mucho el trabajo, como si se tratara de conducir un automóvil en un videojuego, afirma Valdastri. El médico podría entonces centrarse en lo que realmente ha venido a hacer: detectar los primeros signos de cáncer. Y en este caso, el robot, creado con materiales blandos, sería intrínsecamente más seguro que los dispositivos más rígidos. Incluso podría reducir la necesidad de anestesia o sedación, dice Valdastri, ya que podría evitar más fácilmente el empuje contra las paredes intestinales. Y como el robot no tiene forma de cortar ni de hacer nada por sí mismo, podría ser más fácil de aceptar por los organismos reguladores.
A medida que se desarrolle la tecnología, sugiere Opfermann, los robots autónomos podrían empezar a obtener la aprobación solo para tareas más sencillas, como sostener una cámara. A medida que se aprueben más y más de estos trabajos básicos, pueden llegar a convertirse en un sistema autónomo. En los automóviles, primero tuvimos el control de crucero, dice, pero ahora hay asistencia de frenado, asistencia de carril, incluso aparcamiento asistido —todo lo cual construye un camino hacia algo sin conductor—.
“Creo que esto será algo similar”, dice Opfermann, “donde vemos pequeñas tareas autónomas que finalmente se encadenan en un sistema completo”.
*Artículo traducido por Debbie Ponchner
*Este artículo fue publicado originalmente en Knowable en Español
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En 2004, la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa de Estados Unidos (DARPA) ofreció un premio de un millón de dólares a cualquier grupo que pudiera diseñar un automóvil autónomo capaz de conducir por sí mismo a través de 142 millas de terreno accidentado desde Barstow, California, hasta Primm, Nevada. Trece años más tarde, el Departamento de Defensa anunció otro premio —esta vez no para un vehículo robot, sino para médicos autónomos y robotizados—.
Los robots han estado presentes en la sala de operaciones desde los años ochenta para cosas como sujetar las extremidades de un paciente en su sitio, y más tarde para la cirugía laparoscópica, en la que los cirujanos pueden utilizar brazos robóticos con mando a distancia para operar en el cuerpo humano a través de pequeños agujeros en lugar de enormes cortes. Pero, en su mayor parte, estos robots han sido, en esencia, solo versiones muy rebuscadas de los bisturíes y fórceps que los cirujanos han estado utilizando durante siglos —increíblemente sofisticados, sin duda, y capaces de operar con una precisión increíble, pero siguen siendo herramientas en manos del cirujano—. (Lea Lecanemab, el prometedor fármaco para tratar el alzhéimer sobre el que aún hay dudas)
A pesar de los muchos retos, ha habido progreso. Hoy, cinco años después del anuncio de aquel premio, los ingenieros están dando pasos hacia la construcción de máquinas independientes que no solo pueden cortar o suturar, sino también planificar esos cortes, improvisar y adaptarse. Los investigadores están mejorando la capacidad de la máquina para navegar por las complejidades del cuerpo humano y coordinarse con los médicos humanos. Pero el cirujano robótico verdaderamente autónomo que los militares pueden imaginar —tal como los vehículos verdaderamente sin conductor— puede estar todavía muy lejos. Y su mayor reto puede no ser tecnológico, sino convencer a la gente de que está bien utilizarlos.
Pacientes imprevisibles
Por un lado, tanto los conductores como los cirujanos deben aprender a desenvolverse en sus entornos específicos, algo que parece fácil en principio, pero que resulta infinitamente complicado en el mundo real. Las carreteras de la vida real tienen tráfico, equipos de construcción, peatones —todas estas cosas que no aparecen necesariamente en Google Maps y que el vehículo debe aprender a evitar—.
Del mismo modo, aunque un cuerpo humano suele ser igual a otro en general, las películas infantiles tienen razón: todos somos especiales por dentro. El tamaño y la forma precisos de los órganos, la presencia de tejido cicatricial y la ubicación de los nervios o los vasos sanguíneos suelen diferir de una persona a otra.
“Hay tanta variación en cada paciente”, dice Barbara Goff, oncóloga ginecológica y cirujana en jefe del Centro Médico de la Universidad de Washington en Seattle. “Creo que eso puede suponer un reto”. Ella lleva más de una década utilizando robots quirúrgicos laparoscópicos, de los que no se mueven por sí mismos, pero sí traducen los movimientos del cirujano.
El hecho de que los cuerpos se muevan plantea una complejidad adicional. Unos cuantos robots ya muestran cierta autonomía, y uno de los ejemplos clásicos es un dispositivo con el nombre (quizá un poco raro) de ROBODOC, que puede utilizarse en la cirugía de cadera para rebajar el hueso alrededor de la cavidad de la cadera. Pero el hueso es relativamente fácil de trabajar y, una vez fijado en su sitio, no se mueve mucho. “Los huesos no se doblan”, dice Aleks Attanasio, un especialista en investigación que ahora trabaja en Konica Minolta y que escribió sobre los robots en la cirugía para el Annual Review of Control, Robotics, and Autonomous Systems de 2021. “Y si lo hacen, el problema es mayor.”
Por desgracia, el resto del cuerpo no es tan fácil de fijar en su sitio. Los músculos se contraen, los estómagos gorjean, los cerebros se agitan y los pulmones se expanden y se contraen, por ejemplo —incluso antes de que un cirujano se meta ahí y empiece a mover las cosas—. Y mientras que un cirujano humano puede obviamente ver y sentir lo que está haciendo, ¿cómo podría un robot saber si su bisturí está en el lugar correcto o si los tejidos se han desplazado?
Una de las opciones más prometedoras para este tipo de situaciones dinámicas es el uso de cámaras y un sofisticado software de seguimiento. A principios de 2022, por ejemplo, los investigadores de la Universidad Johns Hopkins utilizaron un dispositivo llamado Robot Autónomo de Tejidos Inteligentes (STAR, por sus siglas en inglés) para volver a coser dos extremos de intestino seccionado en un cerdo anestesiado —una tarea potencialmente con mucho movimiento— gracias a este sistema visual.
Un operador humano marca los extremos del intestino con gotas de pegamento fluorescente, creando marcadores que el robot puede seguir (un poco como un actor que lleva un traje de captura de movimiento en una película de Hollywood). Al mismo tiempo, un sistema de cámaras crea un modelo tridimensional del tejido mediante una cuadrícula de puntos de luz proyectados sobre la zona. Juntas, estas tecnologías permiten al robot ver lo que tiene enfrente.
“Lo realmente especial de nuestro sistema de visión es que nos permite no solo reconstruir el aspecto de ese tejido, sino que además lo hace con la suficiente rapidez como para poder hacerlo en tiempo real”, afirma el codiseñador del sistema STAR, Justin Opfermann, estudiante de doctorado de ingeniería en Hopkins. “Si algo se mueve durante la cirugía, puede detectarlo y seguirlo”.
Así, el robot puede utilizar esta información visual para predecir el mejor curso de acción, presentando al operador humano diferentes planes para elegir o comprobando con ellos entre sutura y sutura. En las pruebas, STAR funcionó bien por sí solo, aunque no a la perfección. En total, el 83 % de las suturas pudo realizarse de forma autónoma, pero el humano aún tuvo que intervenir el otro 17 % de las veces para corregir las cosas.
“El 83 % puede superarse sin duda”, dice Opfermann. La mayor parte del problema consistía en que el robot tenía un poco de dificultad para encontrar el ángulo correcto en ciertas esquinas y necesitaba que un humano le diera un empujón para que entrara en el lugar correcto, dice. Los ensayos más recientes, que aún no se han publicado, tienen ahora unos índices de éxito que rondan el 90%. En el futuro, es posible que el humano solo tenga que aprobar el plan y luego verlo pasar, sin necesidad de intervenir.
Pasar la prueba de seguridad
Por ahora, sin embargo, sigue siendo necesario que haya alguien en el asiento del conductor, por así decirlo. Y podría ser así durante un tiempo para muchos robots autónomos diferentes: aunque teóricamente podríamos ceder la toma de decisiones completa al robot, esto plantea una pregunta, una que también ha plagado a los automóviles sin conductor.
“¿Qué ocurre si algunas de estas actividades salen mal?”, dice Attanasio. “¿Y si el vehículo tiene un accidente?”.
La opinión general, por ahora, es que lo mejor es mantener a los humanos en última instancia en el control —al menos en un papel de supervisión, revisando y firmando los procedimientos y estando a la espera en caso de emergencia—.
Aun así, demostrar a los hospitales y a los organismos reguladores que los robots autónomos son seguros y eficaces puede ser el mayor obstáculo para que los robots verdaderamente libres de humanos entren en la sala de operaciones. Los expertos tienen algunas ideas sobre cómo sortear esto.
Por ejemplo, es probable que los diseñadores tengan que ser capaces de explicar a las autoridades reguladoras cómo piensan y cómo deciden los robots qué hacer después, dice Attanasio, sobre todo si progresan hasta el punto de no limitarse a asistir a un cirujano humano, sino de ejercer ellos mismos la medicina. Sin embargo, esa explicación puede ser más fácil de decir que de hacer, ya que la mayoría de los sistemas de inteligencia artificial actuales pueden dejar a los observadores pocas pistas sobre cómo toman las decisiones. Por ello, los ingenieros pueden querer diseñar teniendo en cuenta la “explicabilidad” desde el principio.
Pietro Valdastri, ingeniero biomédico de la Universidad de Leeds, Inglaterra, y uno de los coautores del estudio de Attanasio, cree que es posible que ningún fabricante pueda resolver fácilmente la cuestión de la regulación, aunque tiene una solución. “La solución aquí es hacer un sistema que, aunque sea autónomo, sea intrínsecamente seguro”. Esto significa que la próxima generación de robots quirúrgicos podría no parecerse tanto a los automóviles de carretera como a los carritos chocones.
Valdastri está trabajando en lo que se conoce como robots blandos, sobre todo para las colonoscopias. Tradicionalmente, una colonoscopia requiere serpentear un tubo flexible con una cámara —un endoscopio— a través del intestino para buscar signos tempranos de cáncer de colon. El procedimiento está recomendado para cualquier persona mayor de 45 años, pero puede llevar mucho tiempo y mucha formación para que un operador se haga competente con el endoscopio. Al haber pocos operadores debidamente formados, las listas de espera se han disparado.
Pero el uso de un robot inteligente que pueda dirigirse a sí mismo facilitaría mucho el trabajo, como si se tratara de conducir un automóvil en un videojuego, afirma Valdastri. El médico podría entonces centrarse en lo que realmente ha venido a hacer: detectar los primeros signos de cáncer. Y en este caso, el robot, creado con materiales blandos, sería intrínsecamente más seguro que los dispositivos más rígidos. Incluso podría reducir la necesidad de anestesia o sedación, dice Valdastri, ya que podría evitar más fácilmente el empuje contra las paredes intestinales. Y como el robot no tiene forma de cortar ni de hacer nada por sí mismo, podría ser más fácil de aceptar por los organismos reguladores.
A medida que se desarrolle la tecnología, sugiere Opfermann, los robots autónomos podrían empezar a obtener la aprobación solo para tareas más sencillas, como sostener una cámara. A medida que se aprueben más y más de estos trabajos básicos, pueden llegar a convertirse en un sistema autónomo. En los automóviles, primero tuvimos el control de crucero, dice, pero ahora hay asistencia de frenado, asistencia de carril, incluso aparcamiento asistido —todo lo cual construye un camino hacia algo sin conductor—.
“Creo que esto será algo similar”, dice Opfermann, “donde vemos pequeñas tareas autónomas que finalmente se encadenan en un sistema completo”.
*Artículo traducido por Debbie Ponchner
*Este artículo fue publicado originalmente en Knowable en Español
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