Laparoscopio

 

Laparoscopio

Los visores quirúrgicos están entre las formas más antiguas de instrumental médico, con algunos de los ejemplos más tempranos registrados hacia el año 70 dC. Inicialmente estaban formados por simples tubos huecos; con el tiempo estos dispositivos rudimentarios fueron adaptados para incluir lentes de aumento e iluminación, evolucionando con el paso del tiempo hasta los sofisticados visores quirúrgicos utilizados en la actualidad.

Visores diferentes para diferentes partes de la operación

Una serie de visores se ven alineados en un bandeja quirúrgica laparoscópica avanzada. Los propios visores son de diámetro diferente con diferentes puntas en los extremos. Las puntas anguladas son a veces óptimas para mirar alrededor de esquinas o en la superficie inferior de la pared abdominal. Los visores grandes permitir que entre más luz y por lo tanto mejor calidad de imagen y visualización.Una serie de visores se ven alineados en un bandeja quirúrgica laparoscópica avanzada. Los propios visores son de diámetro diferente con diferentes puntas en los extremos. Las puntas anguladas son a veces óptimas para mirar alrededor de esquinas o en la superficie inferior de la pared abdominal. Los visores grandes permitir que entre más luz y por lo tanto mejor calidad de imagen y visualización.

Teoría e historia del desarrollo del laparoscopio

El primer visor iluminado, apodado el Lichtleiter, y que consistía en un tubo de observación, una vela y una serie de espejos, fue desarrollado por Philip Bozzini, en Austria en 1805. Aunque el dispositivo no encontró aceptación entre los cirujanos de la época debido a su falta de sentido práctico, sirvió como fuente de inspiración para otros inventores, y los años siguientes vieron la producción de una serie de nuevos diseños que incorporan diversos tipos de lámpara. El primer visor en ser iluminado 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 empleaba un bucle de hilo de platino calentado con electricidad hasta que brillaba. Al igual que otras formas anteriores de visores iluminados, uno de los principales inconvenientes del diseño fue la cantidad de calor generado por la fuente de luz, que podría llevarse a cabo a lo largo de la tubería de metal del visor hasta la punta, y que presentó un riesgo significativo de quemaduras en el cirujano y el paciente.

Laparoscopio usado en conjunción con una cámara HD

Hay una gran variedad de laparoscopios diferentes que requieren una cámara de vídeo con el fin de transmitir la imagen al monitor. Estos laparoscopios son, en realidad, sólo una serie de sistemas de lentes que ayudan a enfocar y concentrar la luz a través del tubo largo. Como una moderna cámara digital SLR, la calidad de imagen depende no sólo del chip de varios  megapíxeles y diseños, sino también del sistema óptico de lentes de cristal.Hay una gran variedad de laparoscopios diferentes que requieren una cámara de vídeo con el fin de transmitir la imagen al monitor. Estos laparoscopios son, en realidad, sólo una serie de sistemas de lentes que ayudan a enfocar y concentrar la luz a través del tubo largo. Como una moderna cámara digital SLR, la calidad de imagen depende no sólo del chip de varios megapíxeles y diseños, sino también del sistema óptico de lentes de cristal.

La fibra óptica y su relevancia en la laparoscopia

No fue hasta la década de 1950, cuando la iluminación por fibra óptica se convirtió en una solución viable, y que este problema de temperatura fue resuelto. El uso de fibras ópticas como medio de transmisión significa que la fuente de iluminación pueden ser alojada bien lejos del visor mismo, lo que conduce a una reducción significativa en la cantidad del calor transmitido a la punta. El primer visor conocido de fibra óptica fue desarrollado en la década de 1930, pero no tuvo éxito debido a la mala calidad de la fibra óptica disponible en ese momento. Varios inventores contribuyeron a mejorar las capacidades de transmisión de la fibra óptica, incluyendo el holandés Abraham Van Heel, el físico británico Harold Hopkins y el americano Brian O'Brien. Inicialmente utilizado para transmitir apretados paquetes de luz, la fibra óptica se utilizó con el tiempo para transmitir imágenes, permitiendo el desarrollo de endoscopios flexibles, habiendo conseguido O'Brien una patente para un endoscopio de fibra óptica en 1954.

Otro avance significativo en el diseño de laparoscopios se produjo en la década de 1950 cuando, después de observar la necesidad de mantener una forma mejorada de endoscopio rígido durante su trabajo con la fibra óptica, Harold Hopkins presentó su innovador diseño de lentes de varilla. Anteriormente, los visores habían consistido en una serie de lentes, separados por espacios de aire, alojadas dentro de un tubo de metal. Con el fin de mantener un pequeño diámetro de visor útil, las lentes tenían que ser muy pequeñas, pero tales lentes eran extremadamente difíciles de fabricar a la vez, por lo tanto, tendían a ser de baja calidad, dando lugar a imágenes que carecían de claridad y brillo. El diseño de Hopkins hizo uso de varillas de vidrio en lugar de los espacios de aire, eliminando la necesidad de lentes por completo. La claridad y el brillo de las imágenes resultantes fue de hasta ochenta veces mayor de lo ofrecido por los dispositivos comparables en su tiempo. Además, el sistema de lentes de varilla permitía diámetros más pequeños a fabricar, permitiendo la transmisión de la luz a través de un anillo exterior, y preparando el camino para las modernas técnicas quirúrgicas mínimamente invasivas.

Dispositivo de Carga Acoplada (CCD) y la forma en que permite una mejor visualización

Las cámaras médicas analógicas han estado disponibles desde mediados de 1970, pero inicialmente eran muy pesadas y no podían ser desinfectadas, lo que limitaba su utilidad en aplicaciones quirúrgicas. Un gran avance se produjo en 1982, cuando fue introducida la primera cámara de estado sólido médica. Basadas en un chip de silicio llamado Dispositivo de Carga Acoplada (CCD, acrónimo en inglés), estas cámaras digitales eran ligeras, esterilizables, y ofrecían una mayor estabilidad de color. Los CCDs ahora se encuentran comúnmente en muchos productos de consumo como cámaras digitales y cámaras web. Se componen de 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 ser almacenada, procesada o transmitida con mayor eficiencia y fiabilidad que su equivalente analógico.

Hoy en día, un sistema de laparoscopia típica consta de cuatro componentes principales: una o más cámaras digitales, una fuente de luz, un monitor y el propio laparoscopio.

El sistema de cámara robótica consiste en dos cámaras en una

La estereopsis, o la capacidad para diferenciar la profundidad de campo, requiere dos ojos mirando a la misma imagen con una pequeña diferencia entre los dos. La disparidad ocular es la diferencia entre la posición entre el lado izquierdo y el ojo derecho en el humano. El sistema robótico utiliza dos cámaras y dos sistemas de lentes diferentes de trabajo casi en paralelo, pero con una ligera diferencia. La visión 3D del robot se produce de una manera muy similar a como lo hace la mente humana.La estereopsis, o la capacidad para diferenciar la profundidad de campo, requiere dos ojos mirando a la misma imagen con una pequeña diferencia entre los dos. La disparidad ocular es la diferencia entre la posición entre el lado izquierdo y el ojo derecho en el humano. El sistema robótico utiliza dos cámaras y dos sistemas de lentes diferentes de trabajo casi en paralelo, pero con una ligera diferencia. La visión 3D del robot se produce de una manera muy similar a como lo hace la mente humana.

Las cámaras pueden emplear diferentes tipos de lentes, incluyendo zoom u objetivos fijos intercambiables, y pueden con diseño de chip único o triple. Las cámaras de un solo chip contienen sensores para el rojo, verde y azul incrustado en un solo chip CCD. Los diseños de triple chip utilizan un prisma situado en la unidad de cabezal de la cámara para dividir la imagen de entrada en componentes rojo, verde y azul, y dirigir los rayos de luz en tres chips CCD diferentes. La imagen resultante puede ofrecer una calidad superior en términos de definición de color y claridad, pero las cámaras de triples de chips son más caras y más pesadas ​​que las versiones de un solo chip. El peso es un factor importante ya que la cámara está típicamente montada directamente en la parte superior del visor, y una cámara más pesada puede hacer que el instrumento sea más difícil de manejar.

Mejoras digitales adicionales

Una vez que la imagen ha sido digitalizada, puede someterse a un procesamiento adicional, con algunas de las características que ofrece los sistemas digitales, tales como el filtrado, la reducción de ruido, ajuste de color y mejora de imagen. La secuencia de vídeo resultante se envía a un monitor, donde puede ser visto por el cirujano y el resto del equipo de cirugía. Ahora se usan comúnmente monitores de pantalla plana de alta definición, algunos de los cuales incluyen la funcionalidad de pantalla táctil esterilizada, ofreciendo al cirujano el control sobre el sistema de imagen a través del monitor.

Las imágenes también se pueden dirigir a una lupa ocular o a una pantalla montada sobre la cabeza. Esta última opción es empleada por los sistemas de 3D ​​que usan un par de cámaras para capturar una imagen estereoscópica. Además, la salida de vídeo también se puede grabar, o incluso ver de forma remota a través de una conexión en directo por Internet, abriendo un abanico de oportunidades en términos de trabajo remoto y colaborativo.

La iluminación se suministra típicamente por una bombilla incandescente, con una salida en el rango de 250W a 300W. Como en los tiempos de Bruck, tales bombillas generan una cantidad significativa de calor en forma de rayos infrarrojos (IR). Un filtro de calor para reducir la cantidad de rayos infrarrojos transmite al laparoscopio lo que este requiere. La mayoría de los sistemas también incluyen circuitos para permitir que el cirujano ajuste manualmente los niveles de luz, con el fin de tener en cuenta diferentes factores, incluyendo las preferencias personales y las diferentes condiciones de iluminación ambiental. Los sistemas automáticos de ajuste también se encuentran disponibles. Éstos hacen uso de la señal de luminancia derivada de la salida de vídeo de averiguar si la imagen está sobreexpuesta y ajustar la intensidad de la fuente de luz en consecuencia.

La luz proporciona la vía de información

Una fotografía creada con un disparo de larga duración capta la degradación de la luz en los cables de la luz de los viejos sistemas laparoscópicos ahora relegados al laboratorio. Cuando la calidad de la imagen no es óptima durante un caso de laparoscopia, puede haber muchas fuentes que originen la distorsión. El problema puede darse en el ámbito de aplicación (o el sistema de lentes), la cámara (el dispositivo de grabación), el monitor (el dispositivo que muestra la información), o el cable de luz que proporciona la cantidad de luz necesaria para iluminar todo el abdomen a través de una abertura muy pequeñaUna fotografía creada con un disparo de larga duración capta la degradación de la luz en los cables de la luz de los viejos sistemas laparoscópicos ahora relegados al laboratorio. Cuando la calidad de la imagen no es óptima durante un caso de laparoscopia, puede haber muchas fuentes que originen la distorsión. El problema puede darse en el ámbito de aplicación (o el sistema de lentes), la cámara (el dispositivo de grabación), el monitor (el dispositivo que muestra la información), o el cable de luz que proporciona la cantidad de luz necesaria para iluminar todo el abdomen a través de una abertura muy pequeña.

Se utiliza una lente de condensación para concentrar la luz desde la lámpara hacia abajo en un haz estrecho en la entrada del cable, donde se transmite al laparoscopio a través de un cable de gel o de fibra. El cable de gel consiste en una vaina metálica rellena con gel de cristal líquido, terminado en cada extremo con un cristal de cuarzo. Los cables de fibra óptica se forman a partir de haces apretados de fibra óptica, rodeado por varias capas de revestimiento de protección flexible. Ambos tipos de cable ofrecen niveles muy altos de transmisión de la luz, pero son algo frágiles, y al mismo tiempo los cables de gel pueden proporcionar resultados superiores en términos de temperatura de brillo y color; también son más propensos a la rotura debido a la rigidez de la vaina metálica exterior.

El propio laparoscopio consta típicamente de un anillo exterior de fibras ópticas utilizadas para transmitir la luz al cuerpo, y de un núcleo interno de lentes de varilla a través del cual se transmite la escena visual iluminada de nuevo a la cámara. Varios tipos diferentes de laparoscopio se encuentran disponibles, con diferentes especificaciones en términos de longitud total, el número de varillas, diámetro y ángulo de visión.

En términos generales, cuanto mayor sea el alcance, más brillante será la imagen resultante. Las lentes están disponibles en rangos 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 visores en ángulo

VLos ángulos de visión de entre 0 º y 70 º son posibles, siendo el ángulo entre 0 º y 30 º el más utilizado comúnmente. El visor de 0º emplea una lente vertical en el extremo opuesto del visor de la cámara, que ofrece una vista panorámica recta. La cámara se sujeta en una posición fija tal que la rotación del visor provoca la rotación de la cámara. El alcance 30º emplea una lente de ángulo, lo que produce una imagen que es más estrecha y menos brillante, pero se puede utilizar 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 de rotación, lo que permite que el alcance sea girado independientemente durante el uso. Esto requiere que la cámara que sea mantenida en la orientación correcta durante todo el procedimiento. Las lentes angulares también se pueden ensuciar más rápido debido a un mayor contacto con los órganos intra-abdominales.

Durante la cirugía, la lente del visor con frecuencia puede llegar a ser oscurecida por la niebla, la sangre, la solución salina u otros materiales. Varios dispositivos han sido desarrollados para contrarrestar este problema, incluyendo los sistemas de lavado de lentes, limpiadores mecánicos, chorros de flujo continuo de aire, y los carretes mecánicamente encolados de cinta adhesiva transparente. Un enfoque alternativo implica el uso de una estación de limpieza anclada a la pared intra-abdominal durante el procedimiento, en el que el cirujano puede limpiar la lente según resulte necesario.

Los nuevos desarrollos en las tecnologías laparoscópicas incluyen la Realidad Virtual (VR) y los sistemas de Realidad Aumentada (AR). Los sistemas de VR confían solamente en imágenes generadas por ordenador, mientras que en sistemas de AR, las imágenes del paciente son capturadas utilizando rayos X, CT volumétrico o de otros tipos de técnicas de imagen médicas. Estas imágenes se superponen a la transmisión en vivo de cámaras estereoscópicas quirúrgicas para crear un 3D mejorado imagen al que el cirujano puede referirse durante un procedimiento sin necesidad de mirar lejos del sitio de operación. Aunque la técnica se ha utilizado con éxito en neurocirugía durante algunos años, la vida de AR en la laparoscopia se encuentra todavía en su infancia. Sin embargo, tanto AR como los sistemas de VR se han utilizado con éxito en aplicaciones para la formación laparoscópica.

Múltiples visores y diversas máquinas

En los casos robóticos avanzados a veces se pueden usar una variedad de diferentes laparoscopios y sistemas de máquinas con el fin de facilitar la visualización durante ciertos momentos de la operación. En algunos casos un laparoscopio puede utilizarse al mismo tiempo que un robot para permitir la visualización desde una perspectiva diferente de modo que las estructuras pueden ser identificados desde dos puntos de vista. Un tercer visor, un endoscopio, puede ser utilizado para proporcionar una perspectiva desde el interior de los intestinos o de los bronquios.En los casos robóticos avanzados a veces se pueden usar una variedad de diferentes laparoscopios y sistemas de máquinas con el fin de facilitar la visualización durante ciertos momentos de la operación. En algunos casos un laparoscopio puede utilizarse al mismo tiempo que un robot para permitir la visualización desde una perspectiva diferente de modo que las estructuras pueden ser identificados desde dos puntos de vista. Un tercer visor, un endoscopio, puede ser utilizado para proporcionar una perspectiva desde el interior de los intestinos o de los bronquios.