Aplicación en la medicina de la Inteligencia artificial

La medicina y la tecnología siguen un camino paralelo durante las últimas décadas. Algunos conceptos de salud han modificado los avances tecnológicos y las necesidades sanitarias influyen en el desarrollo de la tecnología.

La inteligencia artificial (IA) está formada por una serie de algoritmos lógicos suficientemente entrenados, lo que ha desarrollado en las maquinas la capacidad de tomar decisiones para casos en específicos.

Esta tecnología tiene aplicaciones en el diagnóstico y seguimiento de paciente los cuales poseen una evaluación pronóstica individual. Tomando en cuenta esto podemos deducir que la IA va a ser una tecnología presente en nuestro trabajo cotidiano a través de máquinas o programas informáticos.

Los profesionales sanitarios deben conocer esta tecnología, sus ventajes y sus inconvenientes, porque va a ser una parte integral de trabajo. La palabra «robot» procede la palabra checa «robota» que significa «trabajo duro»11.

Podemos clasificar los robots en diferentes tipos:

No mecánicos: La salida es una acción no mecánica como mostrar una información o mantener una conversación con el usuario humano. Entre ellos destacan los robots cuya interfaz es un sistema conversacional ya sea escrito o hablado («chatbots») con grandes aplicaciones actualmente como asistentes virtuales.

Mecánicos: Utilizados generalmente en la industria. Hay de varios tipos:

  1. Androides: Apariencia humanoide.
  2. Zoomórficos: Apariencia animal.
  3. Móviles o rodantes: Transporte de cosas o personal.
  4. Poliarticulados: Industriales.

 

La apariencia humana de los robots ha dado lugar a la denominada «teoría del valle inquietante». «Lo inquietante»12 tiene su origen como concepto, en el año 1906 por Ernst Jentsch13 y se explica como una sensación perturbadora ante algo que nos es y no familiar al mismo tiempo. Una situación u objeto que se parece mucho a algo cotidiano, que conocemos bien pero que nos genera una sensación de cierta ansiedad o malestar sin que podamos explicar el motivo.

 

Esta teoría de lo inquietante se retoma en 1970 por Masahiro Mori para describir la relación entre los robots y los humanos. La relación es cada vez más positiva siempre y cuando el robot mantenga apariencia de robot y seamos conscientes de que se trata de una máquina. Cuando el robot va adquiriendo rasgos antropomórficos hasta llegar a presentar aspecto humano, la respuesta emocional del humano se irá haciendo cada vez más negativa hasta llegar a un punto de rechazo debido a la «inquietud» que genera (fig. 2).

Gráfica de la teoría del «valle inquietante» de Masahiro Mori.

Fuente: Remasterizada por Edgar Talamantes. Bajo licencia libre GNU.


Gráfica de la teoría del «valle inquietante» de Masahiro Mori. Fuente: Remasterizada por Edgar Talamantes. Bajo licencia libre GNU.

Figura 2.

Gráfica de la teoría del «valle inquietante» de Masahiro Mori.

Fuente: Remasterizada por Edgar Talamantes. Bajo licencia libre GNU.

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En la cultura occidental, sobre todo por la influencia cultural del cine, tenemos una imagen futurista de los robots como humanoides, cuando la realidad actual es otra, vivimos rodeados de IA y robótica. Así la Industria v.4.014 se fundamenta en la realidad virtual, la IA y el Internet de las cosas.

Los cobots o robots colaborativos fueron inventados en 1996 por J. Edward Colgate y Michael Peshkin, profesores en la Northwest University (Kirkland, Washington) como dispositivos robóticos que manipulan objetos en colaboración con un operador humano15. Actualmente están dotados de IA para mejorar su rendimiento con la monitorización de numerosas variables como las condiciones del lugar de trabajo, visión artificial, identificación de patrones para predecir o detectar errores, pudiendo comunicar dicha información a otros cobots. Un sector que ha tenido un aumento de un 23% de 2017 a 2018, según la Federación Internacional de Robótica (IFR)16.

Ya tenemos robots funcionando para la realización de pruebas y análisis de laboratorio. Así en el Hospital Universitario de Copenhague, Gentofte (Dinamarca)17, un primer robot recoge la muestra de sangre y la coloca en un lector de códigos de barras. A continuación, una cámara de visión fotografía el color del tapón roscado e indica al robot que coloque la muestra en una de las 4 gradillas en función de su color. Luego un segundo robot recoge las muestras de las gradillas y las coloca en el alimentador de la máquina para su centrifugado y análisis. Estos robots manipulan alrededor de 3.000 muestras diarias (unos 7-8 tubos por minuto), lo que ha mejorado los tiempos de entrega de resultados.

Video: https://www.youtube.com/watch?v=mnk4iT4BTg4

Ya se están probando en pacientes tetrapléjicos exoesqueletos, unidades robóticas ponibles controladas por placas de computadora para alimentar un sistema de motores, neumáticos, palancas o sistemas hidráulicos para restaurar la locomoción18. Han surgido como una nueva herramienta de rehabilitación en lesionados medulares. Sin embargo, todavía falta evidencia para respaldar su aplicación clínica teniendo en cuenta su alto coste19.

La universidad de Brown está explorando con tecnología Intel® un proyecto de Interfaz Inteligente de Columna que tiene como objetivo utilizar la tecnología de IA para restaurar el movimiento y el control de la vejiga en pacientes con parálisis por lesiones graves de la médula espinal20. Un equipo internacional de científicos ya ha utilizado una «interfaz cerebro-espinal» inalámbrica para evitar las lesiones de la médula espinal en un par de macacos Rhesus, restaurando el movimiento intencional de caminar en una pierna temporalmente paralizada21.

La robótica en medicina no se limita a los ejemplos anteriores, las investigaciones en este campo se han dirigido a la asistencia a los pacientes y la asistencia o formación a los médicos. Así tenemos prótesis de miembros, electroestimulación, asistentes personales, robótica de rehabilitación, robótica quirúrgica22, la formación médica con simuladores robotizados y los robots de almacenaje y distribución de medicamentos.

Desde los años 60, las prótesis de miembros han evolucionado constantemente, con distintos modelos para sustituir las primeras prótesis pasivas, todavía presentes en gran parte del mundo por su menor coste, por prótesis activas, las cuales por medio de medios mecánicos o sensores ubicados en alguna parte del cuerpo del paciente permiten mover por ejemplo una mano mecánica23.

Hay distintos modelos y soluciones de prótesis de mano en continua evolución y mejora para aumentar su funcionalidad, como las 2 generaciones de manos DLR®24, la TUAT/Karlsruhe®25, la Blackfingers®26, la mano robótica con mecanismo extensor27, la mano compuesta de sensores propioceptivos28 o la mano Iowa® fruto de un trabajo de colaboración entre universidades americanas, españolas y suecas29, entre otros.

En cuanto a la robótica quirúrgica también ha evolucionado progresivamente desde el primer procedimiento neuroquirúrgico asistido por un robot en 1985, donde se utilizó el robot industrial PUMA 560 (no diseñado para labores médicas) para introducir una guía para una biopsia cerebral30. Posteriormente se empezaron a diseñar los primeros robots, puramente quirúrgicos, como asistentes del cirujano en operaciones de múltiples órganos y aparatos. Algunos modelos de robots quirúrgicos son: AESOP® (acrónimo de sistema endoscópico automatizado para un posicionamiento óptimo) empleado como asistente robótico controlado por voz para cirugía endoscópica31, el robot estereotáctico NeuroMate®32 que es un sistema que se utiliza en centros neuroquirúrgicos para administrar tratamientos y realizar procedimientos de estimulación cerebral profunda, neuroendoscopia, estereoelectroencefalografía, biopsias e investigación; el extinto sistema robótico ZEUS®33 con el que se realizó la primera telecirugía del mundo en 200134, conocida como la operación Lindbergh, una exitosa colecistectomía laparoscópica de dos horas de duración, que se realizó en una paciente en un hospital de Estrasburgo, Francia, realizada por un equipo quirúrgico en Nueva York, EE. UU, el Sistema Robótico Quirúrgico Da Vinci®35 que en su versión más reciente, el sistema da Vinci Xi® permite una visión en 3D con un aumento de hasta 10 veces y elimina el temblor fisiológico, utilizándose principalmente en intervenciones de urología, cirugía general y ginecología oncológica, pero también en cirugía oral y maxilofacial, cirugía pediátrica, cirugía torácica o cirugía cardíaca; Probot®, diseñado para realizar prostatectomías36, Robodoc® para cirugía ortopédica37, Acrobot® para cirugía de rodilla38 y CyberKnife®39 sistema de radiocirugía robótica diseñado para tratar tumores ubicados en todo el cuerpo de manera no invasiva, entre otros.

El principal problema para su expansión es el alto coste de instalación y mantenimiento de los mismos, de ahí el desarrollo de sistemas más recientes y más asequibles, como por ejemplo:

El sistema quirúrgico Senhance®40. plataforma laparoscópica digital que elimina las limitaciones económicas de los sistemas robóticos actuales con instrumentos reutilizables estándar y una estrategia de arquitectura de plataforma abierta que permite a los hospitales aprovechar las inversiones en tecnología existentes.

El sistema robótico Flex®41 que permite acceder a ubicaciones anatómicas antes difíciles o imposibles de alcanzar de forma mínimamente invasiva.

El proyecto español BROCA, también conocido como «el pequeño de Da Vinci®»42, para el diseño y desarrollo de un sistema robótico quirúrgico de bajo costo, modular, para cirugía mínimamente invasiva centrada en cirugía pélvica y bariátrica, con sensores y efectores finales altamente maniobrables para obtener información relevante de la herramienta y su entorno, además de incorporar la sensación de tacto.

La cirugía asistida por robot ha permitido avances en el campo quirúrgico como la cirugía a distancia y la cirugía mínimamente invasiva, junto a ventajas de precisión, incisiones más pequeñas, menor pérdida de sangre, disminución del dolor y tiempo de curación menor42, lo que permite tratar un mayor número de pacientes con menor tiempo de hospitalización, haciendo que sea posible realizar intervenciones que de otro modo no serían viables.

La cirugía robótica presenta una serie de ventajas y de limitaciones respecto a la cirugía mínimamente invasiva convencional (tabla 1). Las ventajas suelen venir de explotar fortalezas complementarias entre humanos y dispositivos robóticos, como vemos resumido en la tabla 2.

Tabla 1.

Beneficios y limitaciones de la cirugía robótica respecto a la cirugía mínimamente invasiva convencional

Beneficios Limitaciones 
Visión en 3D y alta resolución Tamaño del robot 
Movimientos intuitivos Variedad de instrumentos limitada 
Control del temblor Tiempo de preparación del robot 
Movimientos a escala Rango de movimientos limitado 
Mejor ergonomía Muy caro de comprar y mantener 
Curva de aprendizaje más corta Desechables muy caros 

Fuente: Tomado de van Haasteren et al43.

 

Tabla 2.

Fortalezas y limitaciones de humanos y robots respecto a la cirugía

Fortalezas Limitaciones 
Humanos Destreza limitada más allá de los movimientos naturales 
Buen juicio Propenso a la fatiga y la falta de atención 
Buena coordinación mano-vista El temblor limita el movimiento fino 
Gran destreza Efectores finales voluminosos (manos) 
Puede integrar información de diversas fuentes Limitada precisión geométrica 
Entrenamiento sencillo Difícil de mantener estéril 
Versátil y capaz de improvisar Susceptible a la radiación, infección 
 
Robots
Buena precisión geométrica Juicio reducido 
Incansable y estable Difícil adaptación a nuevas situaciones 
Resistente a la radiación ionizante Destreza limitada 
Puede diseñarse para operar diferentes escalas de movimiento y carga útil Coordinación mano-vista limitada 
Capaz de utilizar múltiples sensores Capacidad limitada para integrar e interpretar información compleja 

Fuente: Adaptado de Taylor RH44.

Bibliografía

El sevier.es  (https://www.elsevier.es/es-revista-atencion-primaria-27-avance-resumen-la-inteligencia-artificial-sus-aplicaciones-S0212656720301451)