Problema 2738

A medida que la cirugía asistida por robot se generaliza, también lo hacen las preocupaciones sobre las brechas de seguridad, la latencia y el rendimiento del sistema. En el quirófano, cada segundo es crítico y las fallas o retrasos tecnológicos pueden poner en peligro la vida. La cirugía asistida por robot (RAS, por sus siglas en inglés) existe desde hace un par de décadas, pero se está volviendo más frecuente y significativamente más compleja. La tecnología a menudo incluye una variedad de elementos de procesamiento y sensores, construidos sobre arquitecturas capaces de procesar cantidades masivas de datos y brindar retroalimentación en tiempo real a los cirujanos y sus equipos de apoyo. Pero estas máquinas también están cada vez más conectadas a Internet, ya sea directamente oa través de alguna otra red, y aquí es donde comienzan muchos problemas. “Los sistemas de cirugía robótica se han convertido en una herramienta principal para los hospitales. Permiten operaciones más precisas y menos invasivas, superando las capacidades de la cirugía tradicional, dijo Marc Witteman, director ejecutivo de Riscure. “Pero como ocurre con todos los dispositivos conectados, existe un riesgo de seguridad, que recientemente se ha hecho evidente en los numerosos ataques de ransomware. Imagine que su procedimiento médico urgente se detiene debido a un bloqueo del sistema invocado por un pirata informático. O incluso más avanzado, supongamos que el procedimiento es secuestrado y deliberadamente hecho para funcionar mal”. Si bien gran parte de este equipo todavía se usa para cirugías en el sitio, se puede usar de forma remota. “Aquí es donde entra en juego 5G”, dijo Witteman. “Esta tecnología ofrece baja latencia y alta confiabilidad y es adecuada para controlar RAS de forma remota. Pero si bien la tecnología 5G está diseñada para la seguridad, esto cubre solo una parte del riesgo. De hecho, un diseño fuerte mitiga los ataques que explotan las limitaciones de la tecnología, pero una amenaza aún mayor está en la implementación. El software de sistemas integrados es cada vez más complejo y sabemos que los dispositivos suelen contener cientos de vulnerabilidades. Hay debilidades en el producto que no impiden el funcionamiento normal. Sin embargo, un atacante que conoce esas debilidades y que puede combinarlas con fines maliciosos, puede explotarlas”. Esas infracciones también generan preocupaciones sobre la privacidad, y cuanto menos seguras sean las redes, lo cual es un problema con las cirugías realizadas de forma remota en áreas rurales, mayores serán esas preocupaciones. “La confidencialidad y la integridad de las señales cruciales de control y telemetría enviadas a través de un enlace de red siempre deben protegerse con una fuerte autenticación mutua de extremo a extremo entre dispositivos”, dijo Mark Knight, director de gestión de productos de arquitectura en [Arm] (https:/ /semiengineering.com/entities/arm/). “Para implementar esto, el robot y el controlador del médico remoto deben tener credenciales sólidas y secretas protegidas dentro de una raíz de confianza de hardware. Una raíz de confianza proporciona funciones confiables que los servicios de dispositivos de nivel superior pueden usar para garantizar la seguridad. Los marcos de seguridad y los programas de certificación, como PSA Certified, pueden ofrecer un enfoque estandarizado de la seguridad, lo que permite que toda la cadena de valor funcione con requisitos coherentes para implementar medidas de seguridad que tengan el tamaño adecuado para el caso de uso. Los protocolos de transporte de red ampliamente implementados, como TLS, pueden usar las credenciales seguras para respaldar la autenticación de dispositivo a dispositivo, lo que ayuda a mitigar el riesgo de que las señales de control sean interceptadas o modificadas”. Sin embargo, incluso las interrupciones diarias pueden causar problemas. Las fluctuaciones del servicio pueden detener una cirugía, y las operaciones que se realizan de forma remota pueden verse afectadas por todo, desde el clima hasta la geopolítica. Debido a que esto todavía es relativamente nuevo, tomará tiempo formular regulaciones y mejores prácticas. “Hay desafíos con la cirugía remota”, dijo Sathish Balasubramanian, director de productos de [Siemens EDA] (https://semiengineering.com/entities/mentor-a-siemens-business/). “Muchos de los procedimientos quirúrgicos requieren alta precisión. La cirugía asistida por robot local brinda ese beneficio. Sin embargo, la cirugía remota depende de una red altamente confiable con alto ancho de banda y baja latencia. Durante la operación, especialmente con un soporte de visión 3D, un retraso de 4 a 5 segundos es como una eternidad y puede ser crítico para el éxito de la operación. Además, la FDA aún debe abordar algunos de los problemas abiertos. Durante la operación remota, si el médico principal con todas las calificaciones no está presente en la sala de operaciones, ¿cómo regulará eso la FDA? Si algo sale mal, ¿quién sería el responsable? ¿El médico principal que realizó la operación de forma remota, los médicos asistentes en la sala de operaciones o el fabricante del equipo quirúrgico? Orígenes de RAS ----------- En la década de 1970, a la NASA se le ocurrió la idea de realizar cirugías de forma remota. Treinta años después, la cirugía asistida por robot (RAS) comenzó a ingresar al campo de la medicina. El 2 de septiembre de 2001, un grupo de médicos franceses en Nueva York operó a un paciente ubicado en Estrasburgo, Francia, utilizando el robot quirúrgico Zeus. Llamada operación de Lindbergh, fue el primer procedimiento de telecirugía exitoso para extirpar la vesícula biliar de un paciente. Este enfoque ha sido bien probado desde entonces. En la actualidad, muchas instituciones líderes, incluidas la Clínica Mayo, Stanford, MIT, UCLA y USC Medical, realizan cirugías asistidas por robot de manera rutinaria. Los beneficios de RAS incluyen mayor precisión y mejores resultados que los médicos humanos en algunos casos y, lo que es más importante, tiempos de recuperación más rápidos para los pacientes. Con la cirugía asistida por robot, después de que un cirujano realiza la incisión inicial, el cirujano capacitado en RAS operará al paciente controlando una consola equipada con capacidad de visión 3D HD y un controlador similar a un joystick. Mirando a través de una cámara tridimensional, el cirujano manipula el robot para hacer lo que sea necesario. El cirujano todavía tiene el control todo el tiempo, pero es posible que nunca toque al paciente. Con el lanzamiento de 5G, se espera que el uso de RAS se expanda en los próximos años. Eso abrirá la puerta a más experiencia en todas partes, pero a medida que la electrónica se vuelve más avanzada, también lo hace el potencial de que la tecnología cause problemas. "El diseño y la selección de silicio en el diseño de equipos quirúrgicos asistidos por robótica pueden ser complejos", dijo Lang Lin, especialista principal de productos en [Ansys] (https://semiengineering.com/entities/ansys/). “La potencia, el rendimiento y el área (PPA) son importantes. La seguridad es el cuarto pilar del diseño después de PPA. Del mismo modo, la seguridad se puede medir a nivel de hardware, firmware y software, al igual que la energía. Simplemente se vuelve más complicado que la potencia o el rendimiento, pero la seguridad a nivel de silicio es definitivamente la raíz de la confianza. La industria de los semiconductores y la comunidad EDA han comenzado a tomarse en serio el diseño y la verificación de la seguridad en los últimos años”. La seguridad debe implementarse en todos los niveles, no solo en el nivel del chip, y debe actualizarse a medida que surgen nuevas amenazas. “Para minimizar los riesgos que plantean las vulnerabilidades del software, los fabricantes de RAS deben considerar la seguridad durante todo el ciclo de desarrollo del producto”, dijo Witteman de Riscure. “Esto comienza capacitando al equipo de desarrollo, haciéndolos conscientes de las vulnerabilidades típicas y las mejores prácticas de seguridad. Después de eso, las revisiones de implementación y las pruebas de productos deben ser una parte repetitiva del proceso hasta que el producto esté completo. Finalmente, una certificación debe confirmar que el producto es realmente seguro y que se puede aplicar con bajo riesgo. Sin estos pasos, podemos esperar incidentes similares a los que se ven en nuestra infraestructura crítica, lo que socava la confianza del público en la nueva tecnología”. Por qué es importante -------------- La digitalización de la cirugía es un gran paso adelante, tanto en términos de previsibilidad de los resultados como en la capacidad de revisar los datos si algo sale mal para determinar qué sucedió. , cuándo sucedió y, potencialmente, por qué. Hoy en día, la cirugía asistida por robot se usa en muchas áreas, incluidas la cirugía cardíaca, colorrectal, endometriosis, cirugía general, ginecología, transoral (cabeza y cuello), torácica, urología y más. La tecnología se puede utilizar para cirugía de pacientes hospitalizados, así como para cirugía ambulatoria y remota. Las operaciones de reemplazo de rodilla son la cirugía hospitalaria más común. Según Harvard Health, cada año se realizan 730 000 reemplazos de rodilla en los EE. UU. Recientemente, se han puesto a disposición dispositivos robóticos portátiles para realizar operaciones de rodilla y cadera. Debido a que el tamaño de la rodilla o la cadera de cada persona es diferente, la operación requiere una medición precisa y una recopilación de datos para crear las piezas de repuesto. Smith & Nephew informó que el uso de estos dispositivos robóticos portátiles para la captura automática de datos redujo la recopilación de puntos de datos requeridos en un 72 % y aumentó el área de recopilación de puntos de datos en 2,5 veces. Como resultado, se puede lograr una generación de modelos de superficie más rápida con una reducción del 40 % en el flujo de trabajo y, en última instancia, un ahorro de costos. En comparación con la cirugía tradicional, la cirugía asistida por robot proporciona un movimiento más preciso y constante sin fatiga. No es raro que un equipo quirúrgico tarde horas en realizar una operación. Los procedimientos prolongados pueden hacer que los cirujanos experimenten temblores en las manos debido al estrés en las manos. Con precisión mecánica que permite una mejor destreza, el robot puede operar en áreas más pequeñas que las manos humanas. Un microscopio y monitores 3D de alta definición ayudan a los cirujanos a ver claramente el estado del paciente. Una mayor precisión y eficiencia permiten que las operaciones se realicen en menos tiempo, provocando menos fatiga para los cirujanos y menos pérdida de sangre del paciente. La experiencia del paciente también mejora porque la cirugía asistida por robot requiere incisiones más pequeñas, causa menos dolor y requiere menos tiempo de recuperación del paciente. Esto también disminuye la posibilidad de infección después de la cirugía. "La cirugía asistida por robots ha hecho contribuciones significativas en el campo de la medicina", dijo Subh Bhattacharya, líder de AMD para Salud y Ciencias . “El cirujano capacitado en la especialidad controla los brazos del robot usando los joysticks de 'realidad aumentada' para operar al paciente. Tomando el enfoque mínimamente invasivo, solo requiere una pequeña incisión tan pequeña como 8 mm y puede realizar un procedimiento de alta precisión en un tiempo mucho más corto que los humanos. Esto permite que los pacientes se recuperen mucho más rápido con una mínima pérdida de sangre. Lo que solía ser una estadía de una semana en el hospital ahora se puede lograr en un procedimiento ambulatorio. Esto mejora la experiencia del paciente y ahorra costos”. El diseño de equipos quirúrgicos asistidos por robot es complejo. Los diseñadores deben considerar movimientos electromecánicos de precisión, control de motores, tecnología 3D y diseño de cámaras HD. La selección y la arquitectura del material del chip pueden determinar si se integra todo en un sistema en un chip, un sistema en un módulo o incluso un sistema en un paquete. Esas opciones pueden tener un gran impacto en el rendimiento del sistema, el consumo de energía, la cantidad de E/S y la velocidad de las conexiones de red, así como las opciones y capacidades de software, la seguridad, la confiabilidad y el costo. En el pasado, los fabricantes de equipos médicos dependían de OEM especializados en diseños electromecánicos. Con los avances en chips y empaques, más fabricantes de equipos médicos ahora están fabricando sistemas completos de equipos quirúrgicos asistidos por robótica. “El sistema quirúrgico da Vinci de Intuitive es pionero en el campo de la cirugía robótica”, dijo Bhattacharya de AMD. “Otras empresas importantes como Medtronic y Johnson & Johnson también se están preparando para comercializar su propio sistema de robótica quirúrgica para cirugía general utilizando SOM y SoC integrados. En el pasado, construir un robot era mucho más desafiante. Ahora, el advenimiento de la tecnología SoC adaptativa con aceleradores, E/S de conectividad requerida y pilas de software asociadas de SO, middleware y aceleradores están haciendo que el diseño de estos sistemas robóticos sea más rápido”. La velocidad de los datos importa ------------------ En 2019, el cardiólogo intervencionista Ryan Madder, M.D. completó con éxito 36 simulaciones de intervención coronaria percutánea (PCI) utilizando redes públicas 5G de fibra dedicadas. Las simulaciones se llevaron a cabo entre Waltham, MA, y San Francisco, a unas 3000 millas de distancia. Este fue un buen primer paso. Las cirugías remotas exitosas dependen de redes inalámbricas confiables y de alta velocidad, como 5G. Las infraestructuras de red confiables también son importantes. En teoría, 5G puede alcanzar velocidades de 20 Gb por segundo con una latencia de 1 ms. En realidad, sin embargo, el 5G de hoy solo ha alcanzado el 5% de su velocidad máxima potencial. Casi todo el mundo ha experimentado la frustración de las interrupciones de Internet. Sin embargo, en cirugías remotas, el impacto de cualquier interrupción es más que un inconveniente. ¿Qué sucede si la red se detiene durante la cirugía? “Reiniciar el sistema” es lo que normalmente un ISP les diría a los usuarios de la red que hicieran. Para RAS, esta no es una buena opción. Una solución es tener redundancia. Pero la incorporación de la redundancia aumenta los costos de inversión y no aborda problemas como la latencia, que puede ser causado por cualquier cosa, desde aumentos repentinos de tráfico hasta circuitos envejecidos. Incluso las teclas pegajosas pueden causar problemas, ya que presionar repetidamente una tecla inicialmente parece no tener impacto y luego, de repente, hace que aparezcan letras en la pantalla. Si eso sucede durante un procedimiento de corte, ¿repetirá el robot el mismo procedimiento varias veces? ¿Cómo sabrían los cirujanos o los profesionales de TI si la red está retrasada, congelada por un corto tiempo o completamente caída en ese momento? Por lo tanto, es de vital importancia tener un rendimiento del sistema de red seguro y confiable (5G) durante los procedimientos de cirugía remota. Estos requisitos incluyen: * Rendimiento sostenible de alta velocidad; * Latencia mínima en milisegundos; * Conexión de red confiable durante toda la operación; * Configuración de redundancia o copia de seguridad/conmutación por error; * Seguridad de hardware y software, y * En áreas remotas y menos desarrolladas, infraestructura confiable, incluida una red eléctrica/suministro de electricidad estable. Finalmente, lidiar con la falla del equipo quirúrgico es otro gran desafío. ¿Cuál es el procedimiento de emergencia si ocurre una falla en el equipo quirúrgico asistido por robot? ¿Se debe coser al paciente manualmente en ese punto? ¿Cómo afectaría esto a la salud del paciente? Todas estas son preguntas sin respuesta. El futuro ---------- La cirugía asistida por robot apenas comienza a desplegarse a gran escala. Las nuevas tecnologías se están integrando en los equipos para mejorar el rendimiento y reducir el tiempo de inactividad. “La IA y los gemelos digitales mejorarán el rendimiento futuro”, dijo Balasubramanian de Siemens. “Es importante tener un registro minuto a minuto del procedimiento, y la tecnología del gemelo digital ciertamente podrá registrar el procedimiento y proporcionar análisis futuros para mejorar el proceso y con fines educativos. Existe una gran esperanza de que, a medida que pase el tiempo, la cirugía asistida por robot aumente la precisión, la eficiencia y la seguridad, al tiempo que reduce potencialmente los costos de atención médica”. También puede ayudar a brindar acceso a especialistas en áreas remotas donde no los hay. "El acceso a la experiencia quirúrgica es limitado en muchas áreas rurales de los EE. UU., así como en muchas partes del mundo", dijo Santosh Kesari, M.D., Ph.D., y cofundador y director de Neurooncología, Pacific Neuroscience. Instituto en Santa Mónica, CA. “Se espera que cada vez más hospitales e instituciones de salud utilicen equipos quirúrgicos asistidos por robot no solo para la atención en persona, sino también para cirugías remotas. La tecnología seguirá evolucionando e innovando. Los equipos futuros serán más versátiles, flexibles, más livianos y más basados en IA. También se desarrollarán otros tipos de equipos robóticos, como dispositivos portátiles, que permitirán telesalud/atención remota acelerada”. Parte de esto también dependerá de la rapidez con la que se implemente la infraestructura de comunicaciones de alta velocidad. Entonces, si bien 5G ayudará, tiene una velocidad máxima de datos de 20 Gbps con una latencia de 1 ms, se espera que 6G sea aún mejor. En teoría, la velocidad máxima de datos de 6G alcanzará un terabit por segundo con una latencia de 0,1 ms. Pero las velocidades pueden variar mucho dependiendo de dónde se implemente la tecnología y cómo se midan esas velocidades. Opensignal, una agencia que realiza un seguimiento del rendimiento de 5G en todo el mundo, señala que Corea del Sur con frecuencia ha tomado la delantera en lograr el rendimiento de 5G más rápido, por ejemplo, con la descarga de banda ultraancha. velocidades de 988,37 Mbps. Sin embargo, Verizon midió recientemente un rendimiento máximo de 1,13 Gbps. La velocidad varía según la ubicación de las antenas 5G y es muy específica de la ubicación. Un logro de rendimiento máximo en un momento dado no significa que sea consistentemente sostenible. Ahora a 1 Gbps, 5G todavía tiene un largo camino por recorrer antes de alcanzar los 20 Gbps. En resumen, los conceptos quirúrgicos remotos asistidos por robótica tienen mucho que ofrecer a la comunidad médica. Hay innumerables beneficios. Pero el tiempo de aceleración dependerá de muchos factores, desde chips seguros hasta sistemas de comunicaciones robustos y la capacidad de monitorear todos los componentes en múltiples sistemas conectados que necesitan trabajar juntos para que RAS sea exitoso.