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Las nuevas herramientas quirúrgicas con sensores inteligentes pueden promover la cirugía y la terapia cardíacas

Las nuevas herramientas quirúrgicas con sensores inteligentes pueden promover la cirugía y la terapia cardíacas
Visto aquí, una matriz conformada de electrodos fijados a un catéter de globo inflado. Crédito: John Rogers / Universidad Northwestern

Los investigadores desarrollaron una nueva clase de instrumentos médicos equipados con un sistema electrónico avanzado que podría mejorar drásticamente los diagnósticos y tratamientos de una serie de enfermedades y afecciones cardíacas.


por la Universidad George Washington


Detallado en un nuevo artículo publicado en la revista Nature Biomedical Engineering , los investigadores, dirigidos por ingenieros de la Universidad George Washington y la Universidad Northwestern, aplicaron matrices elásticas y flexibles de sensores y actuadores de electrodos, junto con sensores de temperatura y presión, a un catéter de globo. sistema, a menudo utilizado en cirugías mínimamente invasivas o ablaciones para tratar afecciones como arritmias cardíacas .

El nuevo sistema, que se adapta mejor a los tejidos blandos del cuerpo que los dispositivos actuales, puede realizar una variedad de funciones, que incluyen: mediciones simultáneas in vivo de temperatura, fuerza de contacto y parámetros electrofisiológicos; la capacidad de personalizar funciones de diagnóstico y terapéuticas; y retroalimentación en tiempo real. El nuevo sistema también puede reducir drásticamente la duración de los procedimientos de ablación invasivos y la exposición de pacientes y médicos a la radiación de rayos X.

La situación

Muchas cirugías mínimamente invasivas se basan en catéteres insertados en el cuerpo a través de pequeñas incisiones para realizar mediciones de diagnóstico e intervenciones terapéuticas. Los médicos, por ejemplo, utilizan este método basado en catéteres para mapear y tratar latidos cardíacos irregulares o arritmias, a menudo localizando y matando o ablando el área del tejido cardíaco que está causando las arritmias.

Aunque se usa ampliamente en cirugía, el enfoque actual basado en catéteres tiene varios inconvenientes. La rigidez de los catéteres actuales significa que no se adaptan bien a los tejidos biológicos blandos, lo que afecta el mapeo de alta fidelidad de las señales electrofisiológicas de un órgano. Los dispositivos actuales hacen contacto solo con una pequeña parte de un órgano a la vez, lo que hace necesario mover constantemente una sonda, lo que alarga los procedimientos médicos . Los sistemas de catéteres actuales también están limitados en el número de funciones que pueden realizar, lo que requiere que los médicos utilicen varios catéteres en un solo procedimiento de ablación.

Además, los procedimientos largos, por ejemplo, para localizar y extirpar tejidos que causan arritmias, corren el riesgo de exponer tanto al paciente como al médico a rayos X potencialmente dañinos, ya que los médicos confían en las imágenes de rayos X durante el curso de la cirugía para guiar sus catéteres.

El beneficio

La nueva clase de instrumentos que desarrollaron los investigadores permitirá a los médicos adquirir un rico conjunto de información electrofisiológica y completar cirugías en tiempos más cortos con un solo sistema de catéter instrumentado.

Al equipar un catéter de globo con componentes electrónicos, sensores y actuadores avanzados de conformación de órganos, los investigadores superaron las fallas de los sistemas actuales. Los avances específicos sobre los sistemas anteriores incluyen:

  • Los sensores y actuadores instrumentados en formatos de matriz multiplexada pueden sondear la naturaleza compleja de los tejidos, específicamente en el corazón que late. Esto permitirá, por ejemplo, una mejor localización de las fuentes de arritmias letales que causan muerte cardíaca súbita.
  • La arquitectura multicapa y multifuncional del dispositivo con funciones diagnósticas y terapéuticas combinadas mejora una serie de procedimientos cardíacos mínimamente invasivos, incluida la ablación por electroporación irreversible o por radiofrecuencia, en la que las células cardíacas o nerviosas se ablacionan o «queman» para eliminar las fuentes de arritmia, y la suministro de medicamentos y otros biomateriales directamente a las células a través de un proceso llamado electroporación reversible.
  • Capacidades para el control de retroalimentación en tiempo real, habilitado por el funcionamiento simultáneo y multimodal de sensores y actuadores.

«Hemos tomado nuevos materiales y técnicas de fabricación innovadores que normalmente se emplean en la industria de los semiconductores y los hemos aplicado al campo de la medicina , en este caso la cardiología, para hacer avanzar una nueva clase de instrumentos médicos que mejorarán los resultados cardíacos de los pacientes y permitirán a los médicos ofrecer mejores resultados. , atención más segura y más específica para el paciente «, dice Igor Efimov, profesor de ingeniería biomédica de Alisann y Terry Collins en la Universidad George Washington

«Los catéteres duros y rígidos no pueden adaptarse al corazón porque el corazón en sí mismo no es duro ni rígido. Aprovechamos nuestros avances en electrónica blanda, elástica y flexible para desarrollar dispositivos médicos que incluyen conjuntos elásticos interconectados de sensores y actuadores, capaces de se adapta suavemente a las superficies de los tejidos. El resultado mejora la exactitud y precisión de los procesos quirúrgicos asociados, para tratamientos más rápidos, menos riesgosos y más efectivos «, dice John A. Rogers, profesor de ciencia e ingeniería de materiales Louis A. Simpson y Kimberly Querrey, Ingeniería Biomédica y Cirugía Neurológica en Northwestern University.


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