Automated Dose Adjustment for Intravitreal Injection 

Resumen Técnico: Ajuste Automatizado de Dosis para Inyección Intravítrea

Planteamiento del Problema
La inyección intravítrea (IVT) es un procedimiento oftálmico crítico que requiere la administración precisa de volúmenes pequeños (típicamente de 50 a 100 µL) de agentes terapéuticos. La práctica clínica actual depende en gran medida del ajuste manual de dosis utilizando jeringas de volumen pequeño (jeringas de dosificación de plástico de 1 mL o jeringas precargadas de 0.5 mL). Este proceso manual es propenso a la variabilidad del usuario, el desalineamiento visual y la reproducibilidad inconsistente. Incluso los desalineamientos menores (p. ej., 1 mm) pueden resultar en errores de volumen significativos. La sobredosificación conlleva el riesgo de aumentar la presión intraocular y causar inflamación, mientras que la infradosificación compromete la eficacia terapéutica. La literatura existente indica una variabilidad significativa en las dosis preparadas manualmente; sin embargo, ha faltado un vínculo mecánico entre los factores del dispositivo y la precisión de la dosis, aislado del error humano.

Metodología
Los autores desarrollaron un sistema portátil de ajuste de dosis de IVT totalmente automatizado, diseñado para eliminar el error humano mediante una arquitectura de control de bucle cerrado. El sistema integra tres subsistemas principales:

1. Ensamblaje Optomecánico:

   • Sistema de Visión: Un sensor CMOS monocromático de 5 megapíxeles acoplado a una lente telecéntrica y una retroiluminación uniforme. La óptica telecéntrica elimina el error de paralaje, asegurando mediciones verticales precisas independientemente de la distancia del objeto. El sistema logra resoluciones espaciales de 4.6 µm a 11.5 µm por píxel.
   • Mecatrónica: Una etapa lineal motorizada (Thorlabs MTS100-Z8) con un control de movimiento incremental mínimo de 0.8 µm para el vástago del émbolo. La configuración incluye monturas ajustables para acomodar diversos diámetros exteriores (OD) y geometrías de jeringas.
   • Localización (Targeting): El sistema identifica la geometría de la jeringa, localiza la marca de dosis objetivo (p. ej., 50 µL) y mide la distancia entre el tapón del émbolo (alineado con la primera costilla o la punta) y la marca de referencia.

2. Lógica de Control y Software:

   • Un software de automatización personalizado basado en Python sirve como centro de control, contando con una interfaz gráfica de usuario basada en la web (framework Dash).
   • Operación de Bucle Cerrado: El software monitorea un directorio de archivos de texto generados por el sistema de visión artificial. Al detectar una nueva medición (distancia entre el tapón y la marca), ordena a la etapa motorizada mover el émbolo por la distancia correspondiente.
   • Adaptabilidad: El sistema admite tanto el control manual para configuración/calibración como modos automatizados. Puede adaptarse a diferentes tipos de jeringas (plástico, COP, vidrio) y puntos de referencia del tapón sin necesidad de reconfiguración.

3. Validación Experimental:

   • Sujetos de Prueba: Se evaluaron tres tipos de jeringas: una jeringa de dosificación de policarbonato (PC) de 1 mL, una jeringa precargada (PFS) de polímero de olefina cíclica (COP) de 0.5 mL y una PFS de vidrio de borosilicato de 0.5 mL.
   • Formulación: Se utilizó una solución de placebo con una viscosidad similar al agua (1.3 cP).
   • Métricas: Los volúmenes administrados se determinaron mediante análisis gravimétrico (pesaje antes y después de la extrusión). Las fuerzas de desprendimiento (break-loose) y de extrusión (BLEF) se midieron utilizando un probador mecánico universal para asegurar que el motor pudiera manejar las fuerzas de inyección clínica.

Resultos Clave

• Precisión y Exactitud de la Dosis: Para un volumen objetivo de 50 µL, la preparación manual produjo un volumen medio entregado de 55.5 µL con una desviación estándar (SD) de 6.4 µL. En contraste, el sistema automatizado entregó volúmenes estrechamente agrupados alrededor del objetivo con una SD de aproximadamente 1 µL.
• Cumplimiento de la Norma ISO: Todas las dosis automatizadas se mantuvieron dentro de los límites de tolerancia de la norma ISO 7886-1 (±16 µL para la capacidad nominal). Aproximadamente el 43% de las dosis preparadas manualmente quedaron fuera de estos límites (30% >60 µL y 13% cerca de 40 µL).
• Viabilidad Mecánica: Las fuerzas de extrusión medidas oscilaron entre 3 N y 6 N, muy por debajo del límite superior de 22 N aceptado generalmente para una inyección manual segura, lo que confirma la capacidad de la etapa motorizada para manejar formulaciones clínicas.
• Adaptabilidad del Sistema: El sistema logró con éxito apuntar a diferentes características anatómicas en el tapón del émbolo (primera costilla frente a la punta). Al apuntar a la punta, los volúmenes aumentaron de manera predecible (p. ej., de ~53 µL a ~71 µL para jeringas de COP), demostando la capacidad del sistema para interpretar con precisión las definiciones de alineación específicas.
• Consistencia de Fabricación: El sistema de visión telecéntrico cuantificó la consistencia posicional de las marcas de dosis impresas. La PFS de COP mostró la mayor consistencia (SD de 2.7 µm), mientras que la jeringa de kit de PC comercial mostró la mayor variabilidad (SD de 8.9 µm), indicando que las tolerancias de fabricación del contenedor primario impactan significativamente el potencial de ajuste de dosis.

Significancia y Reivindicaciones
El artículo sostiene que esta plataforma automatizada proporciona una solución reproducible a escala de micras para la preparación de jeringas de IVT que elimina eficazmente el error humano de un paso de preparación crítico. Los autores posicionan el sistema como:

1. Una Herramienta Clínica: Una potencial herramienta de ingeniería biomédica traslacional para mejorar la consistencia en el ajuste de dosis, reducir los riesgos asociados con la sobredosificación/infradosificación (como los picos de presión intraocular) y apoyar la evaluación comparativa de diseños de jeringas.
2. Un Marco de Ingeniería: Un método para evaluar objetivamente la variabilidad de fabricación en el posicionamiento de las marcas de dosis y la geometría de la jeringa, cerrando la brecha entre las tolerancias de fabricación y la precisión final de la dosis.
3. Una Plataforma de Validación: Una validación de banco de trabajo que demuestra cómo la visión artificial telecéntrica combinada con el control motorizado de bucle cerrado puede lograr una precisión (±1 µL) inalcanzable mediante métodos manuales.

Los autores señalan limitaciones, incluyendo que este es un estudio de validación de banco de trabajo sin pruebas de flujo de trabajo clínico real ni evaluación de factores humanos, y que se requiere más trabajo para evaluar la miniaturización e integración en entornos clínicos rutinarios.