Investigadores ha desarrollado un pequeño robotic magnético que puede tomar escaneos 3D de profundidad dentro del cuerpo, que podría revolucionar la detección temprana del cáncer.
El equipo, dirigido por ingenieros de la Universidad de Leeds, cube que esta es la primera vez que ha sido posible generar imágenes de ultrasonido tridimensionales de alta resolución tomadas de una sonda en el inside del tracto gastrointestinal o intestino.
Allá el camino hacia un diagnóstico y tratamiento de varias formas de cáncer al permitir ‘biopsias virtuales’: escaneos no invasivos que proporcionan datos de diagnóstico inmediatos, lo que permite a los médicos detectar, organizar y tratar las lesiones en un solo procedimiento: eliminar la necesidad de biopsias físicas.
La quizás sorprendente clave para el éxito del equipo fue el uso de una forma 3D poco conocida, el Oloid, que le dio al robotic médico magnético un rango de movimiento previamente imposible, el rollo, esencial para la navegación y las imágenes precisas dentro del cuerpo.
Un artículo, publicado hoy (26 de marzo) en Robótica de la ciencia, Explica cómo el equipo integró la forma de Oloid, y su movimiento de rodadura único, en un nuevo endoscopio versatile magnético (MFE). Lo equiparon con un pequeño dispositivo de imagen de alta frecuencia para capturar imágenes 3D detalladas de tejidos internos.
Esta tecnología se desarrolló a través de una colaboración entre ingenieros, científicos y médicos de la Universidad de Leeds, la Universidad de Glasgow y la Universidad de Edimburgo. Leeds lideró el desarrollo robótico y la integración de la sonda, mientras que Glasgow y Edimburgo proporcionaron la sonda de ultrasonido y lideraron el componente de imágenes
Pietro Valdastri, profesor y presidente de robótica y sistemas autónomos y director de The Storm Lab, coordinó la investigación detrás de este documento. Él dijo: “Por primera vez, esta investigación nos permite reconstruir una imagen de ultrasonido 3D tomada de una sonda en el fondo del intestino, algo que nunca antes se había hecho.
“Este enfoque permite el análisis de tejido in situ y el diagnóstico de cáncer colorrectal, con resultados inmediatos. El proceso de diagnóstico de cáncer colorrectal actualmente requiere que se elimine una muestra de tejido, luego se envíe a un laboratorio, con resultados que toman de una a tres semanas”.
El dispositivo de imagen, una matriz de microultrasonido de 28 MHz, crea una reconstrucción 3D de alta resolución del área que escanea. A partir de esta reconstrucción digital, los médicos pueden hacer imágenes transversales que imitan las generadas por una biopsia estándar, en la que una muestra de tejido se corta en capas delgadas y se coloca en un portaobjetos para ser examinado bajo un microscopio.
La alta frecuencia, o ultrasonido de alta resolución, es diferente a la ecografía con la que la mayoría de nosotros estamos familiarizados, utilizados para mirar un feto o órganos internos. La sonda de ultrasonido de alta frecuencia/resolución utilizada en este estudio permite a los usuarios ver características a nivel microscópico, hasta los detalles de nivel de la capa de tejido.
Mientras que el ultrasonido 3D ya se puede realizar en los vasos sanguíneos y en el recto, este trabajo abre la posibilidad de que los escaneos 3D se realicen más profundos en el tracto gastrointestinal.
La investigadora de posgrado Nikita Greenidge, miembro de Leeds ‘Storm Lab, en la Escuela de Ingeniería Electrónica y Eléctrica, es la autora principal del documento. Ella dijo: “Al combinar nuestra robótica avanzada con imágenes de ultrasonido médico, damos esta innovación un paso por delante de la colonoscopia tradicional, permitiendo a los médicos diagnosticar y tratar en un solo procedimiento, eliminando la espera entre el diagnóstico y la intervención. Esto no solo hace que el proceso sea más cómodo para los pacientes, sino que también scale back los tiempos de espera, minimiza los procedimientos repetidos y alegra la ansiedad de la espera de la espera de los resultados de cáncer potenciales”.
Agregó: “El cáncer colorrectal es una de las principales causas de las muertes relacionadas con el cáncer en el Reino Unido y en todo el mundo, pero si se detecta temprano es altamente tratable. Esta investigación presenta un nuevo enfoque que podría mejorar significativamente el diagnóstico temprano con un enfoque mínimamente invasivo y también podría, en el futuro, facilitar la administración dirigida por el fármaco dirigido por ultrasonidos para un tratamiento más efectivo”.
La investigación fue financiada por el Consejo de Investigación de Ingeniería y Ciencias Físicas de Ucri (EPSRC), la Comisión Europea (CE), el Consejo Europeo de Investigación (ERC) y el Centro de Investigación Biomédica NIHR Leeds. Encontró que el uso del Oloid, una forma formada por dos círculos perpendiculares que se cruzan, mejoraron significativamente la destreza, las capacidades de diagnóstico y la autonomía de endoscopios flexibles magnéticos, y robots médicos magnéticos en normal.
El endoscopio magnético oloide (OME) se imprimió 3D desde la resina, que midió solo 21 mm de diámetro, alrededor del tamaño de una moneda de 1p, lo que significa que el robotic aún podía rodar, pero period un tamaño y un diseño prácticos para aplicaciones clínicas como la colonoscopia. Su movimiento se probó en una variedad de superficies que simulan las estructuras del colon, el esófago y el estómago.
Para avanzar la tecnología hacia los ensayos en humanos, el equipo realizó primero pruebas en un colon synthetic, seguido de estudios en cerdos, un paso necesario para cumplir con los requisitos regulatorios para la aprobación del dispositivo médico. Utilizaron un imán permanente externo controlado robóticamente, una plataforma desarrollada previamente en Leeds que permite el management de joystick y autónomo del OME. La navegación fue asistida por imágenes de una cámara integrada y un sistema de localización magnética. Los resultados demostraron que el sistema podía:
La Sra. Greenidge dijo que si bien esta investigación se había realizado en el colon, las propiedades rodantes de la forma de los olides podrían aplicarse a una variedad de robots médicos magnéticos, expandiendo potencialmente sus aplicaciones a otras áreas del cuerpo.
El equipo ahora se dedicará a recopilar todos los datos que les permitirán realizar ensayos en humanos, que esperan que puedan comenzar en 2026, ya que la plataforma Leeds para la colonoscopia robótica sin capacidades de ultrasonido ya está experimentando pruebas humanas y siendo comercializada por la endoscopia Atlas, una compañía basada en Leeds se formó a partir del Laboratorio de Tormenta.
La ciencia de los robots magnéticos
Los campos magnéticos son ideales para aplicaciones médicas, ya que pasan inofensivamente a través del tejido humano, lo que permite la manipulación remota de pequeños robots quirúrgicos. Los movimientos controlados y de barrido son esenciales para la navegación y las imágenes precisas dentro del cuerpo. Sin embargo, es imposible hacer que los robots cilíndricos se vuelvan, utilizando un campo magnético externo.
Los robots magnéticos cilíndricos solo pueden lograr cinco grados de libertad: las formas en que puede moverse un objeto. Esto se consideró una limitación: los escaneos 3D no eran posibles sin el movimiento de rodadura. Aunque la gravedad causaría que un cilindro o una esfera enrolle una pendiente, no es posible hacer que se enrolle usando fuerzas magnéticas externas. La utilización del Oloid ha resuelto ese problema, ya que su geometría única facilita naturalmente un movimiento de rodadura serpenteante que combina el rollo a las rotaciones hacia arriba y de lado a lado. Debido a que el Oloid no tiene simetría alrededor de un eje central, el imán externo puede aplicar un torque, o fuerza de torsión, dentro del cuerpo, en dos direcciones, para lograr el movimiento de rodadura.
La Sra. Greenidge dijo: “Nuestros hallazgos sugieren nuevas posibilidades para los enfoques interdisciplinarios para la robótica médica, que muestran cómo los principios matemáticos como la geometría easy pueden resolver los desafíos de atención médica del mundo actual”.
La profesora Sandy Cochran, Centro de Ultrasonía Médica e Industrial de la Universidad de Glasgow, quien dirigió el componente de ultrasonido del estudio, dijo: “La imagen de ultrasonido es segura, económica y puede implementar exactamente exactamente donde se necesita.
El equipo cree que los avances que han realizado podrían conducir a un cambio elementary en la endoscopia, donde los endoscopistas pueden centrarse en las decisiones críticas de diagnóstico y terapéuticos, mientras que los sistemas autónomos manejan la navegación y las tareas de rutina.
También creen que las capacidades de destreza y diagnóstico mejoradas del OME podrían ayudar a abordar las disparidades de género en las colonoscopias, ya que los procedimientos de endoscopio flexibles estándar tienden a ser más desafiantes en las mujeres, lo que lleva a tasas más altas de procedimientos incompletos.
Jane Nicholson, Directora Ejecutiva de Investigación de EPSRC, dijo: “El progreso de los desarrollos tecnológicos de vanguardia permite el desarrollo de soluciones rápidas y no invasivas que tienen el potencial de revolucionar el diagnóstico y el tratamiento del cáncer.
“Al mejorar la precisión y el management de los procedimientos para cánceres de alta incidencia, como el cáncer colorrectal, los esfuerzos de este equipo interdisciplinario podrían conducir a avances significativos en la detección y el tratamiento del cáncer”.
