Gafas de realidad mixta, robots e IA: la tecnología revoluciona el quirófano para tener al asistente médico definitivo

En la próxima década se jubilarán en España más de 69.000 médicos, el 24,9% de todos los colegiados a día de hoy. Es un dato preocupante, sobre todo teniendo en cuenta que ya hay escasez de profesionales y, pese al aumento de las intervenciones, las listas de espera no descienden.

La media nacional de demora quirúrgica actual es de 118 días, una cifra que ha sufrido un aumento del 27% entre 2018 y 2024, según datos del Sistema Nacional de Salud.

Hay quien confía en que la inteligencia artificial (IA) contribuirá decisivamente a reducir esas cifras y ofrecer mejores resultados. Ningún sector se escapa a los avances que está propiciando esta tecnología. Desde la química en busca de nuevos materiales hasta la investigación genética, la IA está demostrando sus capacidades (y también algunas de sus carencias) para acelerar procesos, suplir la escasez de profesionales o, al menos, servir de ayuda para que estos sean más eficientes.

Así es la inteligencia artificial española que analiza la salud de 1.000 corazones por segundo

Eso es lo que persiguen los científicos detrás de MedOS, un "modelo de mundo incorporado para la percepción y la acción clínicas" desarrollado por investigadores de Stanford y Princeton, en colaboración con Nvidia, que integra inteligencia artificial, gafas de realidad extendida y robots quirúrgicos para asistir a médicos en la toma de decisiones en el quirófano en tiempo real.

"La idea de MedOS surgió de una frustración que muchos de nosotros en el ámbito de la medicina compartimos: existe una gran brecha entre lo que la IA puede hacer en una pantalla y lo que realmente ocurre en un hospital o en un quirófano", explica a EL ESPAÑOL-Omicrono Le Cong, el cerebro humano detrás de este innovador sistema junto con Mengdi Wang, del Laboratorio de Inteligencia Artificial de la Universidad de Princeton.

Cong, profesor asociado en los departamentos de Patología y Genética de la Facultad de Medicina de la Universidad de Sanford, reconoce que el siguiente paso es muy complejo y, a pesar de eso, parece estar al alcance de la mano... y el bisturí.

"MedOS es un sistema operativo para la IA en medicina, será como ejecutar iOS en el iPhone de Apple: tendremos un potente dispositivo que nos ayudará a ofrecer la mejor atención sanitaria y al paciente en cualquier lugar y en cualquier momento".

Le Cong, responsable del proyecto MedOS, con las gafas de realidad mixta. Stanford University School of Medicine Omicrono

Parece ciencia ficción, pero es algo en lo que también se está trabajando desde España, a otra escala mucho más modesta pero con un objetivo similar. “Queremos darle esa información extra a los cirujanos, porque están sometidos a una carga cognitiva altísima", explica a este periódico José Vicente Riera, profesor en el Departamento de Informática de la Universidad de Valencia y principal responsable del proyecto SIRA, siglas de Sistema Inteligente de Reconocimiento Anatómico para Cirugía Robótica

"Hay intervenciones muy largas y complejas, en las que el más mínimo descuido puede ser fatal. Si tenemos un copiloto que te ayuda y además no se cansa nunca, puede reducir esos errores al mínimo”, señala Riera sobre esta iniciativa de un consorcio formado por el Instituto de Robótica y Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (IRTIC), la Fundación de Investigación del Hospital General Universitario de Valencia (FIHGUV) y la empresa tecnológica Lãberit.

Un asistente total

Hasta la fecha, los grandes avances de la IA aplicados a la medicina tenían que ver con su capacidad para digerir enormes cantidades de datos y ofrecer resultados rápidos y precisos en herramientas de diagnóstico, para detectar patrones de enfermedad en fases tempranas y alertar al médico antes de que los síntomas sean evidentes.

MedOS supondría un salto cualitativo en esa ayuda, pero conviene ser prudentes, sobre todo en una disciplina como la cirugía, donde cada novedad debe superar numerosas pruebas, entre ellas exigentes ensayos clínicos. El estudio de Cong, Wang y una veintena de investigadores fue publicado el pasado febrero, pero está todavía en fase de preprint en repositorios como medRxiv.

Eso significa que sus resultados son prometedores y ya están disponibles para la comunidad científica, pero todavía no han superado el escrutinio formal de revisores independientes.

Aun así, Le Cong no es ningún recién llegado y su prestigio le avala. Se formó en ingeniería electrónica y biología en la Universidad de Tsinghua (Pekín), para doctorarse más tarde en la Harvard Medical School junto a Feng Zhang, uno de los artífices de las primeras herramientas CRISPR/Cas9 para terapia génica in vivo, de la que comparte más de diez patentes.

Actualmente, este inquieto investigador dirige en Stanford un laboratorio especializado en ingeniería genómica e inteligencia artificial biomédica, con resultados como la publicación del estudio que se ha convertido en el pilar fundamental de MedOS y su 'hermana' LabOS, que busca hacer algo similar pero en el laboratorio en lugar de en el quirófano.

Su meta es que la IA 'salte' de la pantalla al entorno quirúrgico, ayude al médico en tiempo real y mejore los resultados de las cirugías, además de "democratizar" el acceso a la sanidad.

El preciso robot cirujano de Sony que quiere cambiar las operaciones: muy compacto y realiza suturas microscópicas

"En los últimos años, hemos visto cómo los grandes modelos de lenguaje (LLM) han mejorado notablemente en la superación de exámenes médicos y el análisis de historiales de pacientes. Pero cuando entras en un quirófano, esa inteligencia desaparece por completo", explican Cong y su equipo.

"La IA no puede ver lo que ve el cirujano, no puede sentir cómo responde el tejido a un instrumento y no puede advertir en tiempo real de que algo va a salir mal", advierte. "Al mismo tiempo, los robots quirúrgicos se han vuelto increíblemente precisos, pero son fundamentalmente poco inteligentes: hacen exactamente lo que les dice el ser humano, sin comprender la anatomía que tienen delante".

Para que se entienda mejor, Cong pone un ejemplo de lo más gráfico: la IA actual "no puede mirar por encima del hombro del cirujano y decir: 'Tenga cuidado, hay un vaso sanguíneo justo detrás de ese bisturí'. Está atrapado en el mundo digital".

Por eso, MedOS pretende unir ambos mundos, convirtiéndose en "una plataforma en la que la IA no solo lee el historial del paciente, sino que percibe la realidad física de un procedimiento, comprende el espacio tridimensional, anticipa lo que podría salir mal y colabora con los médicos en tiempo real".

Los distintos componentes de MedOS se complementan para facilitar las cirugías. Stanford University School of Medicine / Le Cong Omicrono

En este caso, el término ‘IA incorporada’, utilizado habitualmente en robótica, significa que el sistema "puede mirar a través de gafas de realidad extendida (XR) en un hospital, comprender la profundidad y la posición de los instrumentos en relación con las estructuras críticas, predecir lo que sucederá si el cirujano continúa con una trayectoria determinada o ayudar a estabilizar un brazo robótico para eliminar el temblor de la mano humana".

Para ello, cuenta con tres componentes fundamentales. El primero son las gafas de realidad extendida, en concreto las Luma Pro XR de la marca Viture, que también colabora como socio corporativo en la investigación. El médico las lleva puestas para que proyecten en tiempo real información visual generada por la IA directamente sobre su campo de visión mientras opera. "Es como tener a un cirujano experto susurrándole al oído, pero la guía es visual e inmediata", señala Le Cong.

Otro elemento clave es el cobot quirúrgico o robot colaborativo, un brazo robótico que puede actuar de forma autónoma o en modo asistido, eliminando el temblor humano, manteniendo la estabilidad del instrumental y ejecutando movimientos con una precisión que supera a la de un médico en formación.

Por último, está el modelo de IA que funciona como el cerebro digital del sistema, entrenado con miles de horas de vídeos quirúrgicos y capaz de leer el historial clínico del paciente, anticipar complicaciones antes de que ocurran y tomar decisiones sobre la marcha, como si fuera un segundo cirujano que nunca se cansa ni pierde la concentración.

Sobrecarga de trabajo

La irrupción de la IA tiene una doble cara. Por un lado, ya es una tecnología fundamental para acelerar la productividad y abaratar todo tipo de procesos, desde el diseño de viviendas hasta los efectos especiales de películas y series. Por otro lado, también supone una amenaza para los puestos de trabajo: la lógica de la automatización es implacable y millones de profesionales de todo el mundo ven peligrar su modo de vida.

En este caso, insisten tanto Le Cong como Riera, el objetivo no es sustituir a los médicos por máquinas y cerebros artificiales, sino contar con un nuevo nivel de asistencia quirúrgico capaz de reducir el agotamiento de estos profesionales sanitarios.

Un equipo médico utiliza el robot Da Vinci durante una intervención en un quirófano EP

“La inteligencia artificial va a entrar cada vez más en los quirófanos, pero no para sustituir ni a los cirujanos o a los médicos, sino para ayudarles en sus tareas. Va a entrar como un copiloto, una herramienta más que los médicos podrán utilizar”, señala Riera.

"Se espera que los médicos y cirujanos integren enormes cantidades de información: historial del paciente, signos vitales en tiempo real, puntos de referencia anatómicos, posibles complicaciones... Todo ello mientras realizan tareas físicamente exigentes, a menudo en estado de alerta. Esa carga mental es la que provoca el agotamiento y, en última instancia, los errores", explica el experto.

Para entrenar la IA detrás de MedOS, el equipo utilizó miles de horas de vídeos quirúrgicos anotados por 1.882 expertos clínicos, que narraron cada cirugía para que la red neuronal aprendiera de experiencias reales.

Algunos de los hallazgos de la investigación sorprendieron a los propios científicos. Por ejemplo,cuando analizaron el impacto en la precisión de los médicos que habían estado de guardia. Tras pasar la noche en el hospital, su precisión diagnóstica se redujo del 81% al 64%. "Cuando estos médicos privados de sueño utilizaron MedOS, su rendimiento no solo se recuperó, sino que superó su línea de base cuando estaban bien descansados, alcanzando el 88%", explica Le Cong.

El robot cirujano que cambiará la medicina: realiza una operación en la ISS controlado desde la Tierra

Es lo que se conoce como 'descarga cognitiva': "la IA se encarga de la síntesis de la información y el reconocimiento de patrones, lo que libera al ser humano para que se centre en el juicio y la ejecución".

Eso, trasladado al quirófano, implica que MedOS proporciona a través de las gafas XR orientación visual en tiempo real, eliminando la necesidad de que los médicos tengan todo el mapa anatómico en la cabeza todo el tiempo.

"Anticipa los riesgos, realiza un seguimiento de la posición de los instrumentos en relación con las estructuras críticas y emite advertencias antes de que se produzcan problemas", señalan los responsables del sistema.

Proyectos piloto

¿Cómo se traduce todo este proceso en la práctica clínica? Le Cong, Mengdi Wang y el resto de investigadores implicados han creado una organización sin ánimo de lucro, el AI4Science Catalyst Institute for MedOS, para poner en marcha programas piloto y de prueba a escala global.

Ahora buscan activamente socios adicionales a través de su programa de acceso temprano, "invitando a investigadores de IA, médicos y roboticistas de instituciones de todo el mundo a participar en la expansión de la validación de MedOS en más especialidades y entornos clínicos".

De momento, en los estudios llevados a cabo con 24 participantes, los resultados son elocuentes, tanto en enfermeros y estudiantes de medicina como en residentes y médicos adjuntos.

Gráfico que mide la eficiencia de MedOS y el porcentaje de mejora del sistema por profesiones Le Cong / I.M. / Perplexity Omicrono

"Las enfermeras tituladas pasaron de un 49% de precisión sin ayuda a un 77% con MedOS", afirma el profesor de Stanford. "Los estudiantes de medicina pasaron del 72 % al 91 %. Sorprendentemente, esto significó que las enfermeras y los estudiantes pudieron acercarse o igualar el rendimiento de los médicos adjuntos, que pasaron del 79% al 93%".

Sin embargo, el hallazgo más relevante desde el punto de vista clínico es lo que ocurrió con los especialistas que trabajaban fuera de su área de especialización. "Un cardiólogo que evaluaba casos de oncología pasó de un 52% de precisión a un 89%, y un dermatólogo que evaluaba cuestiones de cardiología mejoró del 49% al 86%".

De confirmarse estos resultados, tendrían enormes implicaciones para el acceso a la atención sanitaria. Cuando no se dispone del experto o especialista adecuado, uno de los cuellos de botella que frena drásticamente el ritmo de los diagnósticos y las intervenciones y crea desigualdades geográficas, MedOS podría intervenir para facilitar la tarea sin perjudicar la precisión.

En cuanto al mayor reto técnico pendiente de solucionar para el desarrollo y mejora de herramientas como MedOS, Cong señala la latencia, porque "en cirugía, los milisegundos son importantes". Aunque este sistema es capaz de procesar la información visual muy rápidamente, "la generación actual de hardware XR y transmisión inalámbrica introduce cierto retraso que puede interferir en la retroalimentación".

Gráfico sobre la mejora en la precisión de los médicos fuera de su especialidad gracias a MedOS Le Cong / I.M. / Perplexity Omicrono

La gran ventaja de la arquitectura de MedOS y LabOS frente a la de otros proyectos es que "están diseñadas para ser independientes del hardware", lo que permite a cualquier persona aprovechar la infraestructura existente o ampliarla en función de las necesidades clínicas y de investigación.

Además, la inversión es bastante asequible, desde un nivel inicial basado en la nube de entre 600 y 1.400 dólares hasta un nivel profesional en entorno local de unos 15.000 dólares, cifras ridículas comparadas con los posibles beneficios asociados a su uso clínico.

Aunque el sistema puede integrarse con diversos dispositivos, "contamos con un diseño de referencia validado que actualmente está operativo en cinco ubicaciones, con una ampliación a diez centros prevista para este mes", señala Le Cong.

El proyecto español

En el caso de SIRA, el objetivo (y el presupuesto) es más modesto pero igual de desafiante a nivel técnico. El proyecto surge tras "muchos años trabajando en todo lo relativo a la cirugía robótica, concretamente con Da Vinci, que es el robot quirúrgico más habitual”, explica José Vicente Riera a EL ESPAÑOL - Omicrono.

De forma similar a MedOS, el objetivo es tener a un 'copiloto' de IA capaz de reconocer en tiempo real órganos, estructuras anatómicas y posibles objetos extraños durante operaciones para aumentar la precisión y la seguridad.

Para ello y con la ayuda de los cirujanos del Hospital General de Valencia, el equipo ha recopilado y etiquetado más de 3.000 horas de grabaciones de diferentes especialidades (ginecología, urología, cirugía torácica, general y digestiva), que sirven para entrenar algoritmos avanzados de visión por computador.

Adiós a los cirujanos: un robot entrenado con IA y vídeos de cirugías opera una vesícula biliar sin ayuda humana

"Estamos entrenando modelos que ya nos han reportado porcentajes de acierto superiores al 90%", confirma Riera. "Pero no nos conformamos con eso y seguimos trabajando en ello: los médicos continúan etiquetando y nosotros entrenando modelos día a día, con el objetivo de lograr el mayor porcentaje de acierto posible".

El siguiente paso es la instalación de un copiloto médico al lado de su robot quirúrgico, "para que empiece a guiar al cirujano o a darle ciertas instrucciones. Con esa intervención, haremos un estudio sobre qué información de la que proporciona la IA es útil de verdad y cuál molesta".

"Tenemos ya diversos hospitales de la Comunidad Valenciana interesados en el proyecto y la idea es empezar a extenderlo lo antes posible gracias a la colaboración de Lãberit , nuestro socio tecnológico. La idea es posicionar a España a la vanguardia en todos estos avances de cirugía robótica y, muestra de ello, es que estamos compitiendo contra los más grandes", concluye Riera en referencia a los investigadores de Stanford y Princeton.