Al igual que los atletas entrenan para un partido o los actores ensayan para una actuación, los cirujanos se preparan antes de una operación.
Ahora, Atlas Meditech permite a los neurocirujanos experimentar un nuevo nivel de realismo en su preparación previa a la cirugía con IA y simulaciones físicamente precisas.
Atlas Meditech, una plataforma de inteligencia de cirugía cerebral, está adoptando herramientas, incluido el framework de imágenes médicas MONAI y la plataforma 3D de desarrollo NVIDIA Omniverse, para crear plataformas de soporte de decisiones impulsadas por IA y ensayos de cirugía de alta fidelidad. Su misión: mejorar los resultados quirúrgicos y la seguridad del paciente.
«El Atlas proporciona una colección de herramientas multimedia para los neurocirujanos, lo que les permite ensayar mentalmente una operación la noche anterior a una cirugía real», dijo el Dr. Aaron Cohen-Gadol, fundador de Atlas Meditech y su contraparte sin fines de lucro, Neurosurgical Atlas. «Con la computación acelerada y los gemelos digitales, queremos transformar este ensayo mental en un ensayo altamente realista en simulación».
Neurosurgical Atlas ofrece estudios de casos, videos quirúrgicos y modelos 3D del cerebro a más de un millón de usuarios en línea. El Dr. Cohen-Gadol, también profesor de cirugía neurológica en la Facultad de Medicina de la Universidad de Indiana, estima que más del 90% de los programas de capacitación en cirugía cerebral en los EE. UU., así como decenas de miles de neurocirujanos en otros países, utilizan el Atlas como un recurso clave durante la residencia y al principio de sus carreras quirúrgicas.
El software Pathfinder de Atlas Meditech está integrando algoritmos de IA que pueden sugerir vías quirúrgicas seguras para que los expertos naveguen a través del cerebro para llegar a una lesión.
Y con NVIDIA Omniverse, una plataforma para conectar y crear pipelines 3D personalizados y aplicaciones de metaverso, el equipo tiene como objetivo crear representaciones virtuales personalizadas de los cerebros de los pacientes individuales para el ensayo de la cirugía.
Modelos 3D Personalizados de Cerebros Humanos
Un beneficio clave de las simulaciones avanzadas de Atlas Meditech, ya sea en pantalla o en realidad virtual inmersiva, es la capacidad de personalizar las simulaciones, de modo que los cirujanos puedan practicar en un cerebro virtual que coincida con el cerebro del paciente en tamaño, forma y posición de la lesión.
«La anatomía de cada paciente es un poco diferente», dijo el Dr. Cohen-Gadol. «Lo que podemos hacer ahora con la física y los gráficos avanzados es crear un modelo específico del cerebro para el paciente y trabajar con él para ver y operar virtualmente un tumor. La precisión de las propiedades físicas ayuda a recrear la experiencia que tenemos en el mundo real durante una operación».
Para crear gemelos digitales de los cerebros de los pacientes, la herramienta Atlas Pathfinder ha adoptado MONAI Label, que puede ayudar a los radiólogos a anotar automáticamente las resonancias magnéticas y las tomografías computarizadas para segmentar las estructuras normales y los tumores.
«MONAI Label es la puerta de entrada a cualquier proyecto del área de la salud porque nos brinda la oportunidad de segmentar estructuras críticas y protegerlas», dijo el Dr. Cohen-Gadol. «Para el Atlas, estamos entrenando a MONAI Label para que actúe como los ojos del cirujano, destacando lo que es un vaso normal y lo que es un tumor en la exploración de un paciente individual».
Con una vista segmentada del cerebro de un paciente, Atlas Pathfinder puede ajustar su modelo cerebral en 3D para que se adapte a la anatomía específica del paciente, capturando cómo el tumor deforma la estructura normal de su tejido cerebral.
Basándose en la visualización, que los radiólogos y cirujanos pueden modificar para mejorar la precisión, Atlas Pathfinder sugiere los enfoques quirúrgicos más seguros para acceder y extirpar un tumor sin dañar otras partes del cerebro. Cada enfoque enlaza con el sitio web de Atlas, que incluye un tutorial escrito del plan operativo.
«El apoyo a la toma de decisiones impulsado por IA puede marcar una gran diferencia a la hora de navegar por una estructura 3D muy compleja en la que cada milímetro es crítico», dijo el Dr. Cohen-Gadol.
Entornos de Ensayo Realistas para Cirujanos en Ejercicio
Atlas Meditech utiliza NVIDIA Omniverse para desarrollar un quirófano virtual que puede sumergir a los cirujanos en un entorno realista para ensayar los próximos procedimientos. En la simulación, los cirujanos pueden modificar la posición del paciente y del equipo.
Con un casco de realidad virtual, los cirujanos podrán trabajar dentro de este entorno virtual, recorriendo paso a paso el procedimiento y recibiendo información sobre qué tan cerca se adhieren a la vía objetivo para llegar al tumor. Los algoritmos de IA se pueden utilizar para predecir cómo cambiaría el tejido cerebral a medida que un cirujano utiliza instrumentos médicos durante la operación, y aplicar ese cambio estimado al cerebro simulado.
«El poder de permitir a los cirujanos entrar en un espacio virtual en 3D, cortar un trozo del cráneo y ensayar la operación con un cerebro simulado que tiene propiedades físicas muy similares a las del paciente sería tremendo», dijo el Dr. Cohen-Gadol.
Para simular mejor las propiedades físicas del cerebro, el equipo adoptó NVIDIA PhysX, un motor avanzado de simulación física en tiempo real que forma parte de NVIDIA Omniverse. Usando dispositivos hápticos, pudieron experimentar con la adición de retroalimentación háptica al entorno virtual, imitando la sensación de trabajar con tejido cerebral.
Imaginando la IA y la Robótica en el Futuro de la Formación Quirúrgica
El Dr. Cohen-Gadol cree que en los próximos años los modelos de IA podrán mejorar aún más la cirugía al proporcionar información adicional durante un procedimiento. Los ejemplos incluyen advertir a los cirujanos sobre las estructuras cerebrales críticas que se encuentran adyacentes al área en la que están trabajando, realizar un seguimiento de los instrumentos médicos durante la cirugía y proporcionar una guía sobre los próximos pasos de la cirugía.
Atlas Meditech planea explorar la plataforma NVIDIA Holoscan para la transmisión de aplicaciones de IA con el fin de potenciar estos conocimientos intraoperatorios en tiempo real. La aplicación del análisis de IA a las acciones de un cirujano durante un procedimiento puede proporcionar al cirujano información útil para mejorar su técnica.
Además de ser utilizados por los cirujanos para ensayar las operaciones, el Dr. Cohen-Gadol dice que los gemelos digitales del cerebro y del quirófano podrían ayudar a entrenar instrumentos médicos inteligentes, como robots microscópicos, utilizando Isaac Sim, una aplicación de simulación robótica desarrollada en Omniverse.