Robô Controlado por Joystick Permite Cirurgia Remota de AVC

Engenheiros do MIT desenvolveram um sistema telerrobótico para ajudar cirurgiões a tratar rapidamente e remotamente pacientes que sofreram um acidente vascular cerebral (AVC) ou aneurisma. Com um joystick modificado, cirurgiões em um hospital podem controlar um braço robótico em outra localização para operar um paciente com segurança durante uma janela crítica de tempo que pode salvar vidas e preservar a função cerebral.

Como funciona o sistema robótico

O sistema, cujo movimento é controlado por ímãs, foi projetado para auxiliar remotamente em intervenções endovasculares — procedimentos de emergência para tratar AVCs causados por coágulos sanguíneos. Tais intervenções normalmente exigem que um cirurgião guie manualmente um fio fino até o coágulo, onde ele pode remover fisicamente o bloqueio ou administrar medicamentos para dissolvê-lo.

Superando a barreira da acessibilidade

Uma limitação desses procedimentos é a acessibilidade: neurocirurgiões vasculares geralmente estão baseados em grandes centros médicos de difícil acesso para pacientes em áreas remotas, especialmente durante a "hora de ouro" — o período crítico após o início do AVC, no qual o tratamento deve ser administrado para minimizar danos cerebrais.

A equipe do MIT prevê que seu sistema robótico possa ser instalado em hospitais menores e guiado remotamente por cirurgiões treinados em grandes centros médicos. O sistema inclui um braço robótico de grau médico com um ímã preso ao pulso. Com um joystick e imagem em tempo real, um operador pode ajustar a orientação do ímã e manipular o braço para guiar um fio magnético macio e fino através de artérias e vasos.

Testes bem-sucedidos

Os pesquisadores demonstraram o sistema em um "fantasma", um modelo transparente com vasos que replicam as artérias complexas do cérebro. Com apenas uma hora de treinamento, neurocirurgiões conseguiram controlar remotamente o braço do robô para guiar um fio através de um labirinto de vasos até atingir locais-alvo no modelo.

"Imagine que, em vez de transportar um paciente de uma área rural para uma grande cidade, ele pudesse ir a um hospital local onde enfermeiros configurariam este sistema. Um neurocirurgião em um grande centro médico poderia assistir à imagem ao vivo do paciente e usar o robô para operar naquela hora de ouro. Esse é o nosso sonho para o futuro", disse Xuanhe Zhao, professor de Engenharia Mecânica e de Engenharia Civil e Ambiental do MIT.

Os resultados foram publicados na revista Science Robotics.

Contexto e vantagens

A cirurgia endovascular é um procedimento minimamente invasivo e especializado que envolve torcer e guiar cuidadosamente um fio médico fino através das artérias e vasos do corpo até um local-alvo, evitando danos às paredes dos vasos. O procedimento normalmente requer anos de treinamento para ser dominado.

Sistemas robóticos vêm sendo explorados como tecnologias assistivas na cirurgia endovascular. Esses sistemas envolvem principalmente acionadores motores que avançam e retraem um fio enquanto o torcem através da vasculatura do corpo.

"Mas fazer um robô torcer com o mesmo nível de sofisticação [de um cirurgião] é desafiador", disse o autor principal Yoonho Kim. "Nosso sistema baseia-se em um mecanismo fundamentalmente diferente."

O novo sistema da equipe baseia-se em trabalho de 2019, no qual demonstraram a orientação de um fio controlado magneticamente através de um modelo de silicone em tamanho real dos vasos sanguíneos do cérebro. Na época, usaram um ímã portátil, do tamanho de uma lata de sopa, que manipulavam manualmente.

Desde então, fixaram o ímã na extremidade de um braço robótico de grau médico, que pode ser dirigido usando um pequeno botão de joystick em um mouse. Ao inclinar o joystick, os pesquisadores podem inclinar o ímã em uma orientação que um fio magnético pode seguir. Botões no mouse controlam um conjunto de acionadores lineares motorizados, que avançam e retraem o fio para fazê-lo mover para frente e para trás.

O fio é tão fino e flexível quanto um fio-guia neurovascular convencional, com uma ponta macia e magneticamente responsiva que segue e dobra na direção de um campo magnético.

Validação em ambiente hospitalar

A equipe testou o sistema robótico no Laboratório de Cateterismo do Massachusetts General Hospital — uma sala de cirurgia com equipamento de imagem médica padrão usado em procedimentos endovasculares. Instalaram o braço robótico no laboratório, junto com um modelo de silicone em tamanho real de vasos sanguíneos. Colocaram o joystick, junto com um monitor exibindo vídeo ao vivo do modelo, em uma sala de controle. A partir daí, um operador assistia ao vídeo enquanto usava o joystick para dirigir remotamente o fio através dos vasos.

A equipe treinou um grupo de neurocirurgiões para usar o sistema robótico. Após apenas uma hora de treinamento, cada cirurgião conseguiu operar o sistema com sucesso para guiar o fio através de vasos complexos que são difíceis de navegar com um fio-guia manual.

A equipe também usou o sistema robótico para remover coágulos simulados em áreas de difícil acesso no modelo. Guiaram o fio-guia através dos vasos, contornando curvas acentuadas, para alcançar regiões onde simularam coágulos. Uma vez guiado o fio até o coágulo, os cirurgiões procederam com métodos endovasculares padrão para passar um microcateter ao longo do fio até o local do coágulo. Retiraram o fio, deixando o cateter, que então aplicaram para remover o coágulo com sucesso.

"O propósito principal do fio-guia magnético é chegar ao local-alvo de forma rápida e segura, para que dispositivos padrão como microcateteres possam ser usados para administrar terapêuticos", disse Kim. "Nosso sistema é como um desbravador."

Ele espera que o sistema teleoperado ajude mais pacientes a receber tratamento crítico a tempo. Também vê benefícios para cirurgiões, que normalmente realizam tais procedimentos vasculares na mesma sala do paciente, sendo expostos à radiação de imagens de raios-X.

"Os neurocirurgiões podem operar o robô em outra sala ou até mesmo em outra cidade sem exposição repetida a raios-X", diz Zhao. "Estamos verdadeiramente entusiasmados com o potencial impacto desta tecnologia na saúde global, dado que o AVC é uma das principais causas de morte e incapacidade a longo prazo."