Laparoscopio
Los ámbitos quirúrgicos se encuentran entre las formas más antiguas de instrumentos médicos, y algunos de los primeros ejemplos registrados datan de 70AD. Inicialmente consistía en simples tubos huecos, con el paso del tiempo estos dispositivos rudimentarios se adaptaron para incluir lentes de aumento e iluminación, evolucionando finalmente a los sofisticados ámbitos quirúrgicos utilizados en la actualidad.
Diferentes ámbitos para diferentes partes de la operación
Teoría e historia del desarrollo del laparoscopio
El primer campo iluminado, denominado Lichtleiter y que consiste en un tubo de observación, una vela y una serie de espejos, fue desarrollado por Philip Bozzini de Austria en 1805. Aunque el dispositivo no encontró el favor de los cirujanos del día debido a su impracticabilidad, sí sirvió como fuente de inspiración para otros inventores, y en los años siguientes se produjeron varios diseños nuevos que incorporan varios tipos de lámparas. El primer ámbito que se iluminó con una fuente de luz eléctrica fue desarrollado en 1867 por Julius Bruck, un dentista de Breslau. Utilizando los principios de la iluminación incandescente, el diseño de Bruck utilizó un lazo de alambre de platino calentado con electricidad hasta que brilló. En común con formas anteriores de alcance iluminado, uno de los principales inconvenientes del diseño fue la cantidad de calor generado por la fuente de luz, que podría ser conducido a lo largo de la tubería de metal del telescopio hacia la punta, donde presentaba un riesgo significativo de quemaduras tanto al cirujano como al paciente.
El alcance utilizado en conjunto con una cámara HD
Fibra óptica y la relevancia para la laparoscopia
No fue sino hasta la década de 1950, cuando la iluminación de fibra óptica se convirtió en una solución viable, que este problema finalmente se resolvió. El uso de fibras ópticas como medio de transmisión significaba que la fuente de iluminación podía estar alojada lejos del alcance mismo, lo que conducía a una reducción significativa en la cantidad de calor transmitida a la punta. El primer alcance de fibra óptica conocido se desarrolló en la década de 1930 pero no tuvo éxito debido a la baja calidad de la fibra óptica disponible en ese momento. Varios inventores contribuyeron a trabajar para mejorar las capacidades de transmisión de la fibra óptica, incluido el holandés Abram Van Heel, el físico británico Harold Hopkins y el estadounidense Brian O'Brien. Inicialmente utilizados para transmitir luz, paquetes de fibras ópticas fuertemente empaquetados se usaron finalmente para transmitir imágenes, permitiendo el desarrollo de endoscopios flexibles, con O'Brien obteniendo una patente para un endoscopio de fibra óptica en 1954.
Otro salto significativo en el diseño del alcance se produjo en la década de 1950 cuando, después de observar la necesidad continua de una forma mejorada de alcance rígido durante su trabajo en fibras ópticas, Harold Hopkins presentó su revolucionario diseño de lente de varilla. Anteriormente, los alcances consistían en una serie de lentes, separados por espacios de aire, alojados dentro de un tubo de metal. Para mantener un diámetro de alcance útil pequeño, las lentes mismas necesitaban ser muy pequeñas, pero tales lentes diminutas eran extremadamente difíciles de fabricar en el momento, por lo tanto tendían a ser de mala calidad, dando lugar a imágenes carentes de claridad y brillo. El diseño de Hopkins hizo uso de varillas de vidrio en lugar de espacios de aire, eliminando la necesidad de lentes por completo. La claridad y el brillo de las imágenes resultantes era hasta ochenta veces mayor que el ofrecido por dispositivos comparables en el momento. Además, el sistema de lente de varilla permitió fabricar diámetros más pequeños de alcance, lo que permite la transmisión de luz a través de un anillo exterior, y allanando el camino para las modernas técnicas quirúrgicas mínimamente invasivas.
Dispositivo de acoplamiento de carga (CCD) y cómo permite una mejor visualización
Las cámaras analógicas médicas han estado disponibles desde mediados de la década de 1970, pero inicialmente eran muy pesadas y no se podían desinfectar, lo que limita su utilidad en aplicaciones quirúrgicas. Un gran avance ocurrió en 1982, cuando se introdujo la primera cámara médica de estado sólido. En base a un chip de silicio llamado dispositivo de carga acoplada (CCD), estas cámaras digitales eran livianas, esterilizables y ofrecían estabilidad de color mejorada. Los CCD ahora se encuentran comúnmente en muchos productos de consumo, incluidas cámaras digitales y cámaras web. Consisten en un chip de silicio cubierto de sensores de imagen, conocidos como píxeles, que convierten la energía de la luz entrante de una escena visual en una señal digital que puede almacenarse, procesarse o transmitirse con mayor eficiencia y fiabilidad que su equivalente analógico.
Hoy en día, un sistema de laparoscopia típico consta de cuatro componentes principales: una o más cámaras digitales, una fuente de luz, un monitor y el propio alcance.
El sistema de cámara robótica es de dos cámaras en una
Las cámaras pueden emplear diferentes tipos de lentes, incluido el zoom o el enfoque fijo intercambiable, y pueden ser de diseño de chip único o triple. Las cámaras de un solo chip contienen sensores para luz roja, verde y azul incrustados en un solo chip CCD. Los diseños de triple chip utilizan un prisma ubicado en la unidad de la cabeza de la cámara para dividir la imagen entrante en componentes rojos, verdes y azules, y dirigir esos haces de luz en tres chips CCD separados. La imagen resultante puede ofrecer una calidad superior en términos de definición y claridad del color, pero las cámaras de triple chip son más caras y más pesadas que las versiones de un solo chip. El peso es un factor importante ya que la cámara generalmente se monta directamente encima del telescopio, y una cámara más pesada puede hacer que el instrumento sea más difícil de maniobrar.
Mejoras digitales adicionales
Una vez que la imagen ha sido digitalizada, puede someterse a un procesamiento adicional, con algunos sistemas que ofrecen características tales como filtrado, reducción de ruido, ajuste de color y mejora de la imagen. El video resultante se envía a un monitor, donde puede ser visto por el cirujano y el resto del equipo quirúrgico. Los monitores de panel plano de alta definición ahora se usan comúnmente, algunos de los cuales incluyen funcionalidad de pantalla táctil estéril, que ofrecen al cirujano control sobre todo el sistema de imágenes a través del monitor.
Las imágenes también pueden enrutarse a un ocular o a una pantalla de montaje en la cabeza. La última opción es empleada por sistemas 3D que usan un par de cámaras para capturar una imagen estereoscópica. Además, la salida de video también se puede grabar, o incluso ver de forma remota a través de un canal de Internet en vivo, abriendo una gama de oportunidades en términos de trabajo remoto y colaborativo.
La iluminación es típicamente suministrada por una bombilla incandescente, con una salida en el rango de 250W a 300W. Como en la época de Bruck, tales bombillas generan una cantidad significativa de calor en forma de luz infrarroja (IR). Por lo tanto, se requiere un filtro de calor para reducir la cantidad de IR transmitida al laparoscopio. La mayoría de los sistemas también incluyen circuitos para permitir al cirujano el ajuste manual de los niveles de luz, a fin de tener en cuenta los factores que incluyen las preferencias personales y las diferentes condiciones de iluminación ambiental. Los sistemas de ajuste automático también están disponibles. Estos hacen uso de la señal de luminancia derivada de la salida de video para determinar si la imagen está sobreexpuesta y ajustar la intensidad de la fuente de luz en consecuencia.
La luz proporciona la vía de información
Una lente de condensación se utiliza para concentrar la luz del bulbo hacia abajo en un haz estrecho en la entrada del cable, donde se transmite al laparoscopio a través de un gel o cable de fibra. Los cables de gel consisten en una cubierta de metal llena de gel de cristal líquido, terminada en cada extremo con un cristal de cuarzo. Los cables de fibra óptica se forman a partir de paquetes de fibra óptica apretados, rodeados por varias capas de revestimiento flexible protector. Ambos tipos de cable ofrecen niveles muy altos de transmisión de luz pero son algo frágiles, y aunque los cables de gel pueden proporcionar resultados superiores en términos de brillo y temperatura de color, también son más propensos a la rotura debido a la rigidez de la cubierta metálica exterior.
El laparoscopio en sí consiste típicamente en un anillo exterior de fibras ópticas usadas para transmitir luz al cuerpo, y un núcleo interno de lentes de barra a través del cual la escena visual iluminada se retransmite a la cámara. Varios tipos diferentes de laparoscopio están disponibles, especificados en términos de longitud total, número de varillas, diámetro y ángulo de visión.
En términos generales, cuanto más amplio sea el alcance, más brillante será la imagen resultante. Las lentes están disponibles en el rango de 1.9 mm a 12 mm, pero los tamaños de 5 mm y 10 mm son las opciones más comunes para pacientes pediátricos y adultos, respectivamente.
Las ventajas de los alcances en ángulo
Los ángulos de visión de entre 0o y 70o son posibles, siendo 0o y 30o los más utilizados. El osciloscopio 0o emplea una lente vertical en el extremo opuesto del telescopio a la cámara, ofreciendo una vista panorámica directa. La cámara está fijada en una posición fija de manera que la rotación del osciloscopio provoca el giro de la cámara. El telescopio de 30 ° emplea una lente en ángulo, que da como resultado una imagen más estrecha y menos brillante, pero puede usarse para ver alrededor de las esquinas y puede permitir más espacio para la manipulación de otros instrumentos durante la cirugía. La cámara está conectada a través de un acoplador giratorio, lo que permite girar el endoscopio de forma independiente durante el uso. Esto requiere que la cámara se mantenga en la orientación correcta durante todo el procedimiento. Las lentes en ángulo también pueden ensuciarse más rápidamente debido al mayor contacto con los órganos intraabdominales.
Durante la cirugía, la lente del endoscopio con frecuencia puede oscurecerse por la niebla, la sangre, la solución salina u otros materiales. Se han desarrollado diversos dispositivos para contrarrestar este problema, incluidos los sistemas de lavado de lentes, los limpiaparabrisas mecánicos, los chorros de aire que fluyen continuamente y los carretes de cinta transparente enrollados mecánicamente. Un enfoque alternativo implica el uso de una estación de limpieza anclada a la pared intraabdominal durante un procedimiento, sobre la cual el cirujano puede limpiar la lente según sea necesario.
Los desarrollos más nuevos en las tecnologías laparoscópicas incluyen los sistemas de realidad virtual (VR) y de realidad aumentada (AR). Los sistemas VR dependen exclusivamente de imágenes generadas por computadora, mientras que en sistemas AR, las imágenes del paciente, capturadas mediante rayos X, tomografía volumétrica u otro tipo de técnica de imagenología médica, se superponen a la transmisión en vivo de cámaras quirúrgicas estereoscópicas para crear un 3D mejorado imagen que el cirujano puede consultar durante un procedimiento sin la necesidad de apartar la mirada del sitio de operación. Aunque la técnica se ha utilizado con éxito en neurocirugía durante varios años, la laparoscopia de AR en vivo todavía está en su infancia. Sin embargo, tanto los sistemas AR como VR se han utilizado con éxito en aplicaciones de entrenamiento laparoscópico.
Varios ámbitos y múltiples máquinas
