ROBOT 2009 - CISOBOT: Robot Asistente Dotado con Interface Inteligente Basado en Modelos de Maniobras Quirúrgicas

El nuevo objetivo es dar un paso más hacia la cirugía en solitario. Para ello, actualmente se está desarrollando un sistema robótico autónomo dotado de dos brazos capaces de realizar movimientos de forma automática. En este sistema, un brazo se encarga del guiado de la cámara laparoscópica y otro mueve un instrumental adicional. De este modo, en intervenciones dónde resulta necesario un cirujano principal y otro ayudante, con el apoyo de estos dos brazos se podría sustituir éste último.

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WORKSHOP ROBOT 2009
CISOBOT: ROBOT ASISTENTE DOTADO CON INTERFACE CISOBOT: ROBOT ASISTENTE DOTADO CON INTERFACE
INTELIGENTE BASADO EN MODELOS DE MANIOBRAS INTELIGENTE BASADO EN MODELOS DE MANIOBRAS
QUIRÚRGICASQUIRÚRGICAS
Grupo de Robótica Médica de la Universidad de Málaga
Dpto. Ingeniería de Sistemas y Automática
http://www.isa.uma.es
Universidad de Málaga (España)

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WORKSHOP ROBOT 2009
Automatización de tareas
quirúrgicas
Sistemas tolerantes a fallos
Robots camarógrafos
Robots semi-autónomos
Sistemas tele-robóticos
Nivel 1
Nivel 2
TIPOS DE ROBOTS QUIRÚRGICOSTIPOS DE ROBOTS QUIRÚRGICOS

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WORKSHOP ROBOT 2009
Pruebas clPruebas clínicasínicas
Pruebas con Pruebas con
animalesanimales
20022002 20042004 20062006 2009200919981998
InicioInicio
Transferencia de Transferencia de
tecnologtecnologíaía
Producto Producto
comercialcomercial
ANTECEDENTESANTECEDENTES

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WORKSHOP ROBOT 2009
INTERVENCIÓN CON EL ERMINTERVENCIÓN CON EL ERM

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WORKSHOP ROBOT 2009
 Tiempo de operación:
–Muestra insuficiente.
–Influencia del tiempo de aprendizaje del cirujano.
 Decremento del número de veces que se extrae la óptica para su
limpieza.
 Sistema de reconocimiento de voz:
–Error de reconocimiento elevado (No reconoce el comando a la primera un 10%
de las veces).
–Influencia del tiempo de aprendizaje del cirujano.
–Mejoras: algoritmo de reconocimiento y metodología de entrenamiento.
 Datos subjetivos:
–Mejora de la estabilidad de la imagen.
–Decremento del nivel de cansancio del cirujano
RESULTADOS DE LOS ENSAYOS CLÍNICOSRESULTADOS DE LOS ENSAYOS CLÍNICOS

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WORKSHOP ROBOT 2009
Robot asistente de dos brazosRobot asistente de dos brazos
Cirujano y herramientas con Cirujano y herramientas con
marcas pasivasmarcas pasivas
ComputadorComputador
QuirófanoQuirófano
HerramientHerramient
a quirúrgicaa quirúrgica
CirujanoCirujano
Sensor de Sensor de
seguimiento 3Dseguimiento 3D
NUEVA PROPUESTA: CISOBOTNUEVA PROPUESTA: CISOBOT

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WORKSHOP ROBOT 2009
OBJETIVOS CONCRETOSOBJETIVOS CONCRETOS
 Establecer las tareas que puede realizar un sistema robótico dotado de
dos brazos de forma automática o semiautomática.
–Establecer modelos para los distintos tipos de intervenciones.
 Diseño de algoritmos para el guiado automático de instrumental
quirúrgico en procedimientos de cirugía laparoscópica y que interaccione
con el cirujano.
–Problema de la coordinación persona-máquina.
 Definir e implantar una arquitectura con sistema supervisor con
capacidad de realizar diagnosis a distintos niveles.
–Detección de fallos y control tolerante a fallos.

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WORKSHOP ROBOT 2009
ESQUEMA ESQUEMA
FUNCIONALFUNCIONAL
Imagen
BRAZOS ROBÓTICOSBRAZOS ROBÓTICOS
Control de MovimientosControl de Movimientos
CIRUJANOCIRUJANO
PACIENTEPACIENTE
VISIÓNVISIÓN
Procesamiento de Procesamiento de
la imagenla imagen
MODELO DEL MODELO DEL
OPERADOROPERADOR
INTERFAZ DE USUARIOINTERFAZ DE USUARIO
Maniobra
Actual
Posición y
Orientación
Interacción
Paciente-Instrumento
Interacción
Paciente-Endoscopio
O
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M
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Comando
de Voz
Movimiento del
Instrumental del Cirujano
Tipo de
Herramienta
TRACKING 3DTRACKING 3D
RECONOCEDOR RECONOCEDOR
DE VOZDE VOZ

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WORKSHOP ROBOT 2009
MODELO DEL OPERADORMODELO DEL OPERADOR
DesplazamientoDesplazamiento
CerrarCerrar
AbrirAbrir
ExtraerExtraer
IntroducirIntroducir
PivotarPivotar
Cerrar-ExtraerCerrar-Extraer
Cerrar-IntroducirCerrar-Introducir
Cerrar-PivotarCerrar-Pivotar
Introducir-AbrirIntroducir-Abrir
Introducir-PivotarIntroducir-Pivotar
Pivotar-AbrirPivotar-Abrir
PivotarPivotar
ExtraerExtraer
IntroducirIntroducir
GirarGirar
Acciones bAcciones básicasásicas
ManiobraManiobra IntervenciónIntervención

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EJEMPLO DE RECONOCIMIENTO DE UNA EJEMPLO DE RECONOCIMIENTO DE UNA
MANIOBRA MANIOBRA
FuerzaFuerza
VelocidadVelocidad
Acción 1Acción 1 Acción 2Acción 2 Acción 3Acción 3
TiempoTiempo
TiempoTiempo
AccionesAcciones ManiobraManiobra ProtocoloProtocolo
1. DESPLAZAR1. DESPLAZAR
2.2.CERRAR- EXTRAERCERRAR- EXTRAER
3.3.ABRIR - MOVERABRIR - MOVER
1. LEVANTAR 1. LEVANTAR
HÍGADOHÍGADO
TERCER PASO DE TERCER PASO DE
LA INTERVENCIÓNLA INTERVENCIÓN

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4 Grados de 4 Grados de
LibertadLibertad
Capa SuperiorCapa Superior Capa InferiorCapa Inferior
MODELO DE LA INTERVENCIÓNMODELO DE LA INTERVENCIÓN

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Proceso Off-lineProceso Off-line
MODULO DE MODULO DE
ENTRENAMIENTO ENTRENAMIENTO
DE MANIOBRASDE MANIOBRAS
LIBRERÍA DE LIBRERÍA DE
MODELOS DE MODELOS DE
MANIOBRASMANIOBRAS
Proceso On-lineProceso On-line
MODULO DE MODULO DE
RECONOCIMIENTO RECONOCIMIENTO
DE MANIOBRASDE MANIOBRAS
MODULO DE MODULO DE
ACQUISICIÓN ACQUISICIÓN
DE DATOS Y DE DATOS Y
CODIFICADOCODIFICADO
LIBRERÍA DE MANIOBRASLIBRERÍA DE MANIOBRAS

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2100
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-200
-150
-100
-50
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
x (mm)y (mm)
z

(
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m
)
Extremo de la Extremo de la
herramienta herramienta
FulcroFulcro
ManoMano
Tabla 1. Maniobras AisladasTabla 1. Maniobras Aisladas
TrayectoriaTrayectoria% Respuesta correcta % Respuesta correcta
real (100 real (100 ensayosensayos / /
maniobramaniobra))
CIRCULO 98.35 %
CUADRADO 100.00 %
TRIANGULO 95.87 %
TablA 2. ProtocolosTablA 2. Protocolos
TrayectoriasTrayectorias % Respuesta % Respuesta
correcta ideal (50 correcta ideal (50
ensayos ensayos
/protocolo)/protocolo)
% Respuesta % Respuesta
corecta real (50 corecta real (50
ensayos / ensayos /
protocolo)protocolo)
90.39 % 85.00 %
91.20 % 82.50 %
94.29 % 81.00 %
RESULTADOS EN RECONOCIMIENTO DE RESULTADOS EN RECONOCIMIENTO DE
MANIOBRASMANIOBRAS

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WORKSHOP ROBOT 2009
 Desarrollando un robot semi-
autónomo para cirugía
mínimamente invasiva.
 Basado en la experiencia
previa de un robot camarógrafo
que ha sido licenciado y se
encuentra en explotación
comercial.
 Resultado concreto: Sistema
de reconocimiento de
maniobras probado in-vitro
HERRAMIENTAA
DICIONAL
TORRE DE
LAPAROSCOPIA
SENSOR 3D POLARIS
HERRAMIENTA
CON MARCAS
PARA EL
SEGUIMIENTO
CONCLUSIONESCONCLUSIONES
ENDOSCOPIO

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Contacto: Víctor F. Muñoz Martínez.Contacto: Víctor F. Muñoz Martínez.
E-mail: [email protected]: [email protected]