ROBOT 2011 - Robot Quirúrgico Auto-Guiado para Cirugía Mínimamente Invasiva en Solitario

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Este artículo se centra en el diseño e implantación de un robot quirúrgico llamado CISOBOT, que ha sido desarrollado en la Universidad de Málaga. La arquitectura de control se basa en un sistema de control de movimientos que permite la navegación auto-guiada de los brazos robóticos a partir de los comandos recibidos por un Interfaz Hombre-Máquina (HMI) multimodal capaz de reconocer gestos quirúrgicos y comandos de voz del cirujano. A su vez, el robot asistente incluye un sistema tolerante a fallos encargado de mejorar la seguridad ante situaciones no previstas o errores en el sistema. Para presentar la validez del funcionamiento del sistema, se han realizado experimentos in-vitro que muestran los movimientos automáticos y el comportamiento del HMI multimodal durante un protocolo quirúrgico ficticio.

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ROBOT 2011 - Robot Quirúrgico Auto-Guiado para Cirugía Mínimamente Invasiva en Solitario

  1. 1. DepartamentodeIngeniería deSistemasyAutomática Víctor F. Muñoz Martínez vfmm@uma.es WORKSHOP ROBOT 2011 ROBOT QUIRÚRGICO AUTO-GUIADO PARA CIRUGÍA MÍNIMAMENTE INVASIVA EN SOLITARIO Grupo de Robótica Médica de la Universidad de Málaga Dpto. Ingeniería de Sistemas y Automática http://www.isa.uma.es Universidad de Málaga (España)
  2. 2. DepartamentodeIngeniería deSistemasyAutomática Víctor F. Muñoz Martínez vfmm@uma.es CARACTERÍSTICAS DE LOS ASISTENTES ROBÓTICOS Robots camarógrafos: •Control de movimientos: Mediante estrategias de control o por la estructura mecánica. •HMI: Botoneras, joystick, movimientos de cabeza, voz o teleoperación directa. •Movimientos automáticos: seguimiento del instrumental. Robots multibrazos: •Teleoperación directa. •Realimentación de fuerzas. •Visión estereoscópica. •Movimientos automáticos: control compartido
  3. 3. DepartamentodeIngeniería deSistemasyAutomática Víctor F. Muñoz Martínez vfmm@uma.es ERM: DE LA INVESTIGACIÓN A LA PRODUCCIÓN Pruebas clínicas Pruebas con animales Transferencia de tecnología Producto comercial 2002 2004 2006 2009
  4. 4. DepartamentodeIngeniería deSistemasyAutomática Víctor F. Muñoz Martínez vfmm@uma.es ROBOTS QUIRÚRGICOS •Movimientos automáticos •Reconocimiento de gestos del cirujano Robots camarógrafos Robots semi-autónomos Sistemas tele-robóticos Nivel 1 Nivel 2
  5. 5. DepartamentodeIngeniería deSistemasyAutomática Víctor F. Muñoz Martínez vfmm@uma.es ARQUITECTURA DEL CISOBOT
  6. 6. DepartamentodeIngeniería deSistemasyAutomática Víctor F. Muñoz Martínez vfmm@uma.es ESTRATEGIA DE CONTROL R C O S RG CG OG SG Herramienta del Robot Camera manejada por el Robot Herramienta del cirujano Objetivo Herramienta del Cirujano Obstáculo Visión de Campo Abdomen Trayectoria del Robot Problema de la navegación de la herramienta del Robot : Encontrar un camino para que la herramienta del robot alcance la herramienta objetivo manejada por el cirujano.
  7. 7. DepartamentodeIngeniería deSistemasyAutomática Víctor F. Muñoz Martínez vfmm@uma.es ESTRATEGIA DE CONTROL Decisión Fuzzy Planificación de Caminos Correción en Velocidad Movimiento Retroceso Σ SISTEMA DE AUTO-GUIADO ( PLANIFICADOR LOCAL ) c1 c2 c3 v1 v2 v3 vobstáculo vrobot 2 1 3 4 vobstáculo vrobot DECISIÓN FUZZY
  8. 8. DepartamentodeIngeniería deSistemasyAutomática Víctor F. Muñoz Martínez vfmm@uma.es RESULTADOS EXPERIMENTALES
  9. 9. DepartamentodeIngeniería deSistemasyAutomática Víctor F. Muñoz Martínez vfmm@uma.es TABLA DE EVENTOS, DETECCIÓN Y ACTUACIÓN Evento Detección Actuación
  10. 10. DepartamentodeIngeniería deSistemasyAutomática Víctor F. Muñoz Martínez vfmm@uma.es RESULTADOS EXPERIMENTALES Colisión con la herramienta del cirujano Colisión con el tejido
  11. 11. DepartamentodeIngeniería deSistemasyAutomática Víctor F. Muñoz Martínez vfmm@uma.es MODELO DEL CIRUJANO Insertar Aguja Sujetar Tejido Agarrar Aguja Maniobra: Secuencia específica de acciones básicas, modeladas por medio de HMM. Assistir Nudo Hacer nudo Acción Básica: Interacción entre las herramientas quirúrgicas manejadas por el cirujano. Ángulo Distancia Velocidad herramienta Izquierda Velocidad herramienta Derecha Insertar Aguja
  12. 12. DepartamentodeIngeniería deSistemasyAutomática Víctor F. Muñoz Martínez vfmm@uma.es MODELO DEL CIRUJANO Librería de Maniobras Modelo de la Intervención Procesado de Datos SISTEMA DE RECONOCIMIENTO Position and Orientation of the Surgical Tool Maniobras HMMs Última maniobra desarrollada Comando de Voz Maniobra Actual mediante Comandos de Gestos MANIOBRA ACTUAL
  13. 13. DepartamentodeIngeniería deSistemasyAutomática Víctor F. Muñoz Martínez vfmm@uma.es EXPERIMENTOS IN-VITRO
  14. 14. DepartamentodeIngeniería deSistemasyAutomática Víctor F. Muñoz Martínez vfmm@uma.es RESULTADOS EXPERIMENTALES Sistema de Adquisición de Datos Sutura Corte Transporte Sutura 150 10 0 Transporte 0 110 15 Corte 0 30 135 Reales Aciertos Resultados en la ejecución de protocolos Resultados en el reconocimiento de maniobras aisladas
  15. 15. DepartamentodeIngeniería deSistemasyAutomática Víctor F. Muñoz Martínez vfmm@uma.es ASISTENTE ROBÓTICO CISOBOT Micrófono Marcas en las herramientas quirúrgicas
  16. 16. DepartamentodeIngeniería deSistemasyAutomática Víctor F. Muñoz Martínez vfmm@uma.es DEMOSTRADOR CISOBOT
  17. 17. DepartamentodeIngeniería deSistemasyAutomática Víctor F. Muñoz Martínez vfmm@uma.es RESULTADOS TRANSFERIBLES Desarrollo de un sistema de navegación que permite la ejecución de tareas semiautónomas en colaboración con el cirujano. Sistema de navegación auto-guiado capaz de reaccionar ante situaciones diversas que puedan aparecer en un entorno de difícil acceso y con limitaciones de movimiento para el robot, basándose en un conjunto de comportamientos que incluye la planificación de movimientos. Sistema de reconocimiento de maniobras quirúrgicas basado en Modelos Ocultos de Markov que forman parte del interfaz multimodal, pudiéndose reconocer tanto gestos quirúrgicos como comandos de voz. Implantación de un sistema tolerante a fallos para mejorar la seguridad en caso de anomalías en el comportamiento del sistema robótico.
  18. 18. DepartamentodeIngeniería deSistemasyAutomática Víctor F. Muñoz Martínez vfmm@uma.es

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