Proyecto: Brazo Robótico para Laparoscopía

"Brazo Robótico para Laparoscopía" - Servicio de Cirugía Pediátrica - Hospital de Niños de la Santísima Trinidad de Córdoba.

miércoles, mayo 03, 2006

-
Brazo Robótico para Laparoscopía
.
Servicio de Cirugía Pediátrica - Hospital de Niños de la Santísima Trinidad de Córdoba
Autor
Comelli, Fabio
- Médico de Planta - Servicio de Cirugía

-
INTRODUCCIÓN

La introducción de la laparoscopía ha tenido un gran impacto en la práctica habitual de la cirugía y la reciente incorporación de la robótica a la videolaparoscopía ha revolucionado aún más la práctica quirúrgica (1).
Tomando como idea básica la definición de robótica como: "El conjunto de conocimientos teóricos y prácticos que permiten concebir, realizar y automatizar sistemas basados en estructuras mecánicas poliarticuladas, dotados de un determinado grado de "inteligencia" y destinados a la sustitución del hombre en muy diversas tareas. Un sistema robótico puede describirse como "Aquel que es capaz de recibir información, de comprender su entorno a través del empleo de modelos, de formular y de ejecutar planes, y de controlar o supervisar su operación".
Las técnicas de cirugía mínimamente invasivas, han surgido como un nuevo campo para la investigación en robótica. En estas intervenciones, el cirujano utiliza la información visual suministrada por una cámara fijada al endoscopio. De este modo, el ayudante del cirujano manipula el laparoscopio y la cámara de video dentro de la cavidad abdominal para explorar las estructuras anatómicas y sus patologías.
Puesto que estas operaciones pueden durar varias horas, con el brazo robótico se mantendría una imagen firme logrando una mayor estabilidad en la visión (2)
En tal situación, un asistente robótico, capaz de mover la cámara laparoscópica, podría convertirse en una herramienta muy útil en la sala de operaciones (3)(4)(5).
A mediados de la década del 90 (4)(6)(8)(9) hemos tenido noticia de los primeros procedimientos laparoscópicos con la utilización de robots. Intuitive Surgical y Computer Motion (EEUU) son las principales empresas dedicadas a la fabricación de instrumental médico de avanzada, principalmente sistemas robóticos. El costo de este instrumental es considerablemente elevado, permitiendo su adquisición solo a algunos centros en el mundo.
Esta nueva tecnología se encuentra disponible en dos formas: 1- El brazo robótico como asistente del cirujano y 2- La cirugía laparoscópica a distancia a través de los sistemas robóticos Da Vinci y Zeus (10).
En el año 1991 la empresa Computer Motion (10) desarrolló un brazo robótico capaz de asistir al cirujano en intervenciones laparoscópicas. permitiendo a un solo cirujano (11)(12) completar procedimientos mínimos, o resolver cirugías complejas con un solo asistente. El primer diseño consistía en un brazo articulado ubicado al lado de la camilla de operaciones que permitía el posicionamiento y manejo de la óptica, comandado por el cirujano por medio de pedales. Posteriormente este primer diseño fue mejorado incorporando un avanzado sistema de reconocimiento de voz, permitiendo un mayor control de los movimientos de la óptica (10).También en México y España se diseñaron prototipos robóticos que actualmente se encuentran en uso en seres humanos (13)(14).
El brazo robótico se ha utilizado para procedimientos en cirugía general, cirugía ginecológica, neurocirugía, cirugía urológica, cirugía cardiovascular, cirugía oftalmológica y traumatología (15)(16)(17)(18)(19)
Se han realizado estudios comparativos entre cirugías laparoscópicas convencionales y con la utilización del brazo robótico demostrando los beneficios de su uso (2)(6)(7)(12).
Existen reportes de la implementación de la robótica en cirugía Pediátrica a partir del año 2002 en numerosos procedimientos (10)(21)(22)(23)
A mediados del año 2005, el Servicio de Cirugía Pediátrica del Hospital de NIños (Dr. Comelli, Fabio) tomó contacto con integrantes del Grupo Robótica y Sistemas Integrados (GRSI) de la Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales (FCEFyN), Universidad Nacional de Córdoba (UNC), a cargo del Ing. Ladislao Mathé, quien participa como integrante del GRSI, tanto en el desarrollo de sistemas robóticos como dirigiendo trabajos relacionados, proponiéndole encarar el diseño de un Brazo Robótico para Laparoscopía.
De estos contactos surge como resultado el informe escrito elaborado por el Ing Ladislao Mathé que se adjunta al presente proyecto demostrando su conformidad y entusiasmo en la puesta en marcha de este trabajo conjunto. Asi como también el listado de profesionales, por él designados, que tendrán participación en el proyecto. (Ver Proyecto GRSI)

OBJETIVOS

El objetivo es desarrollar un brazo robótico asistente en cirugías laparoscópicas en conjunto con ingenieros biomédicos, en un intento de aunar esfuerzos entre ambas disciplinas para diseñar un instrumental médico de avanzada, reduciendo costos y permitiendo una mayor accesibilidad al mismo, esperando concretar el diseño de un prototipo para cirugía laparoscópica que represente una ayuda eficaz para el cirujano, que cumpla con las normas de seguridad requeridas y que finalmente pueda ser utilizado en seres humanos.

MATERIAL Y MÉTODOS

Material:

Se diseñará en AutoCad una primera aproximación del equipo a los efectos de permitir modelizar y analizar la cinemática del sistema. El GRSI dispone de un laboratorio de aprox 20 m2. También cuenta con un nuevo Laboratorio para Control de 15 m2. Entre los equipos necesarios para este proyecto, se cuenta con dos computadoras con suficiente potencia para encarar simulaciones y diseño con AutoCad y CATIA.

Método:
Primera Fase (Equipo de Bioingeniería y Cirujanos):

Para tener la Definición de Concepto y elegir la configuración que se adoptará para el proyecto a desarrollar, se analizará el estado actual de la cirugía robotizada, tomándose referencias de la aplicación de este tipo de operaciones en distintos países.
Se realizará una aproximación y familiarización de los Ingenieros Biomédicos al instrumental laparoscópico y al teatro operatorio, teniéndose previsto su asistencia a intervenciones laparoscópicas en pacientes en el Hospital de Niños. De allí surgirá el la idea inicial que los ingenieros Biomédicos desarrollarán sobre la base de sistemas informaticos (Software) AutoCad y CATIA.

Segunda Fase (Equipo de Bioingeniería y Cirujanos):

El objetivo de la segunda fase es lograr un dispositivo denominado modelo de laboratorio (MDL) construído con componentes económicos obtenibles en el mercado nacional en el que se incorporarán todas las funciones relevantes requeridas y que será evaluado y criticado por el equipo de cirujanos especializados en vidolaparoscopía del Servicio de Cirugía del Hospital de Niños, constituyéndose lo que se denominará Revisión Preliminar del Diseño (RPD). Los resultados de dicha evaluación serán utilizados para el desarrollo del modelo de ingeniería (MDI), siendo éste el modelo definitivo. Durante el desarrollo se llevarán a cabo reuniones de consultas y de información acerca del grado de avance del proyecto.

Tercer Fase (Equipo de Bioingeniería y Cirujanos):

En esta fase se pondrá a prueba el diseño preliminar mediante su utilización en dispositivos simuladores de cirugías laparoscópicas o en animales de experimentación. En esta etapa se trabajará en conjunto entre cirujanos e Ingenieros biomédicos para la puesta a punto del proyecto y lograr llevarlo a la práctica en seres humanos.

TIEMPO ESTIMADO

CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES

ACTIVIDAD 2006
Análisis Bibliográfico: Mayo
Búsqueda de las definiciones de médicas: Mayo
Recopilación y análisis de la información: Mayo - Junio
Definición conceptual del modelo de laboratorio: Julio - Agosto - Septiembre - Octubre
Diseño de la primera versión del prototipo: Agosto - Septiembre - Octubre - Noviembre
Elaboración Informe: Octubre - Noviembre - Diciembre

ACTIVIDAD 2007
Prueba del diseño preliminar en simuladores de cirugías laparoscópicas o animales de experimentación: Marzo - Abril - Mayo - Junio - Julio

IMPORTANCIA DE LA PROPUESTA

La robótica es esencialmente pluridisciplinaria y se apoya en gran medida en los progresos de la microelectrónica y de la informática. Se estima además que el presente Proyecto ayudará a integrar un grupo humano multidisciplinario con una real participación de todos los involucrados para la creación de un dispositivo de uso médico de avanzada diseñado integramente en el pais, que represente una ayuda eficaz para el cirujano laparoscopista y pueda ser implementado en cirugías en seres humanos.
Seguramente esta iniciativa dará pié a otros proyectos en el campo de la robótica aplicada a la videolaparoscopía.

JUSTIFICACION DE COSTOS

Dado que el Proyecto se encuentra en la etapa Estudio de Factibilidad (Primera Fase) o, más concretamente, en la Definición de Concepto, no se prevé erogar insumos para el año 2006. Se estima que se dispondrá de una PC con suficiente potencia para encarar simulaciones y diseño con AutoCad y CATIA.
.
BIBLIOGRAFÍA CITADA

1- Gallagher AG, Smith CD.: "From the operating room of the present to the operating room of the future. Human-factors lessons learned from the minimally invasive surgery revolution". Semin Laparosc Surg. 2003 Sep;10(3):127-39
-
2- Kavaoussi LR, Moore RG, Adams JB, Partin AW. “Comparison of robotic versus human laparoscopic camera control”. J Urol. 1995 Dec;154(6):2134-6. Erratum in: J Urol 1997 Oct;158(4):1530.
-
3- Ivo Baæa, Christian Schultz, Leszek Grzybowski, et cols. "Voice-Controlled Robotic Arm in Laparoscopic Surgery". Croatian Medical Journal. March 1999 (Volume 40, Number 3). Germany.
-
4- Geis P, Kim C, Zern JT, McAfee PC.: "Surgeon voice control of the laparoscopic visual field using the robotic arm". Minimally Invasive Therapy Allied Technologies, 1996;5(Supp1):48.
-
5- Aiono S, Gilbert JM, Soin B, Finlay PA, Gordan A.: "Controlled trial of the introduction of a robotic camera assistant (EndoAssist) for laparoscopic cholecystectomy". Surg Endosc 2002;16:1267-70.
-
6- Kavoussi LR, Moore RG, Adams JB, Partin A.: "Comparison of robotic versus human laparoscopic camera control". [published erratum appears in J Urol 1997 Oct, 158(4):1530]. J Urol 1995;154:2134-6.
-
7- Dunlap KD, Wanzer L.: "Is the robotic arm a cost-effective surgical tool?". AORN J. 1998 Aug;68(2):265-72. Erratum in: AORN J 1998 Sep;68(3):368.
-
8- Begin E, Gagner M, Hurteau R, de Santis S, Pomp A.: "A robotic camera for laparoscopic surgery: conception and experimental results". Surg Laparosc Endosc 1995;5:6-11.
-
9- Begin E, Gagner M, Hurteau R y Cols. “A robotic camera for laparoscopic surgery: conception and experimental results” Surg Laparosc Endosc.1995Feb;5(1):6-11.
-
10- Shew S., Ostlie D. “Robotic Telescopic Assistance in Pediatric Laparoscopic Surgery” Pediatric Endosurgery & Innovative Techniques. 2003. Volume 7, Number 4.
-
11- Antiphon P, Hoznek A, Byoussef A y cols. “Complete solo laparoscopic radical prostatectomy: initial experience” Urology. 2003 Apr;61(4):724-8;728-9
-
12- Turner DJ. “Solo surgery--with the aid of a robotic assistant” J Telemed Telecare. 1996;2 Suppl 1:46-8.
-
13- Victor F. Muñoz, J. Gómez de Gabriel, J. Fernández Lozano, I. García Morales, C. Pérez del Pulgar, M. Azouaghe. “Diseño y Control de un Asistente Robótico para Cirugía Laparoscópica”.
http://www.cea-ifac.es/actividades/jornadas/XXII/documentos/E_00_R.pdf
-
14- Arturo Minor. “Suma “Tonatiuh” más de cien cirugías. Operan con brazo robot”. http://www.cinvestav.mx/medios/4ago05.pdf
-
15- Shennib H, Bastawisy A, McLoughlin J, Moll F.: "Robotic computer assisted telemanipulation enhances coronary artery bypass". J Thorac Cardiovasc Surg 1999;117:310-3.
-
16- Scneider O., Troccaz J. ”A six-degree-of-freedom passive arm with dynamic constraints (PADyC) for cardiac surgery application: preliminary experiments”. Comput Aided Surg. 2001;6(6):340-51.
-
17- Benabid AL, Hoffmann D, Ashraf A, Koudsie A, Esteve F, Le Bas JF.: "Robotics in neurosurgery: current status and future prospects". Chirurgie 1998;123:25-31.
-
18- Gettman MT, Blute ML, Peschel R y Bartsch G "Estado Actual de la Robótica en la Laparoscopia Urológica" European Urology 43:106-112, 2003 http://www.bago.com/BagoArg/Biblio/urologweb166.htm
-
19- Mettler L, Ibrahim M, Jonat W. “One year of experience working with the aid of a robotic assistant (the voice-controlled optic holder AESOP) in gynaecological endoscopic surgery” Hum Reprod. 1998 Oct;13(1O):2748-50.
-
20- Vara-Thorbeck C., Munoz VF.,Toscano R., Gomez J. y cols. “A new robotic endoscope manipulator. A preliminary trial to evaluate the performance of a voice-operated industrial robot and a human assistant in several simulated and real endoscopic operations” Surg. Endosc. 2001 Sep;15(9):924-7. Epub 2001 Jun 19.
-
21- Lorincz A., Langenburg S., Klein MD. “Robotics and the Pediatric Surgeon”. Curr. Opin. Pediatr. 2003 Jun; 15 (3):262-6.
-
22- Brant N. Luebbe, MD, Russell Woo, MD, Stephen A. Wolf, MD, Michael S. Irish, MD. “Robotically Assisted Minimally Invasive Surgery in a Pediatric Population: Initial Experience, Technical Considerations, and Description of the da Vinci® Surgical System” Pediatric Endosurgery & Innovative Techniques Dec 2003, Vol. 7, No. 4: 385-402
-
23- Gutt CN, Markus B, Kim ZG y Cols. "Early experiences of robotic surgery in children" Endosc. 2002 Jul;16(7):1083-6. Epub 2002 Apr 9.
________________________________________________________________________

Profesionales Intervinientes del Grupo Robótica y Sistemas Integrados (GRSI) de la Facultad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales (FCEFyN) (UNC). (Ver Proyecto)

Ing Ladislao Mathé, participa desde hace años como integrante del GRSI particpando tanto en el desarrollo de sistemas robóticos y de control como dirigiendo varios Trabajos Finales relacionados con la Robótica.
-
Ing Oscar Vanella, Profesor dedicación exclusiva de la asignatura Bioingeniería II de la Carrera de Bioingeniería. Permitirá una excelente integración entre la robótica y la bioingeniería.
-
Ing Gabriel Gómez, Co-director del GRSI, estuvo con una beca en el I.P.R (Institute for Process Control and Robotics) de la Universidad de Karlsruhe, Alemania realizando la Programación de interfaz para motores de robot paralelo (6 ejes) en bus CAN. (Jul-Dic 2002)
-
Ing Matías Zunino realizó durante el año 2000 el Trabajo Final de su carrera de Ing Mecánica Electricista, MANIPULADOR ROBOTICO CONFIGURACION TIPO “SCARA”. Este trabajo fue dirigido por el Ing Ladislao Mathé y por el Ing Walter Monsberger. Luego de haber finalizado su carrera, accedió con una beca del DAAD al I.P.R (Institute for Process Control and Robotics) de la Universidad de Karlsruhe, Alemania donde participó de manera contínua en proyectos de robótica, incluyendo diseño de robots aplicado a la medicina. (ver Currículum Vitae Ing Matías Zunino).
-
Ing Jorge Naguil, luego de haber obtenido sus dos títulos de Ingeniero (Electrónico y en Telecomunicaciones) ha iniciado su carrera de posgrado. Actualmente está cursando la Maestría en Control dictado en la UTN. Su conocimiento de softwares de simulación y esu manejo de los DSP (sus trabajos finales fueron respectivamente Reconocimiento de voz con DSP y Reconocimiento de Imágenes con DSP) facilitan su participación en este Proyecto, tanto en la etapa actual con simulaciones, implementación de distintos módulos electrónicos, etc, como en el futuro próximo al iniciar el desarrollo del comando del robot laparoscópico por voz.
También se prevé la incorporación como Ayudante de Investigación de un alumno de la carrera de Ingeniería Mecánica dentro de la Res 171 HCD/2005, PROMEI. Se considera que la participación de este alumno contribuirá a motivar al alumnado a interactuar con distintos temas de control.
Por otro lado, cabe destacar el ofrecimiento de egresados que se comprometireron en colaborar con las actividades relacionadas con este Proyecto:
-
Ing Adrián Liguori, Ing Mecánico Aeronáutico. Su trabajo final también estuvo relacionado con la implementación de un robot posicionador cartesiano. Su colaboración con el proyecto se materializará con la selección de actuadores y con la coordinación de la participación de alumnos en el diseño empleando CATIA.
-
Ing Marcelo Buteler: Ing Electrónico. Ofreció su colaboración en el diseño de distintos módulos electrónicos, fundamentalmente en el de los controladores tanto analógicos como digitales
El proyecto contempla además la formación de recursos humanos mediante Trabajos Finales para los alumnos de las carreras de las áreas de Ingeniería Mecánica, Computación Aeronáutica, Electrónica y Bioingeniería.

Click en Imagen para Ampliar

Proyecto Presentado, Controlado y Aprobado por el Comité Interdisciplinario de Docencia, Capacitación e Investigacion del Hospital de Niños de Córdoba (7 de Junio 2006)


El Proyecto fue presentado en la Agencia Córdoba Ciencia, en el marco del plan trianual de subsidios para proyectos de investigacion del año 2006 - Ver proyecto Presentado ante ACC - y fue aceptado para su financiacion el 3 de Octubre de 2007 - Ver Financiacion del Proyecto. Ademas fue presentado ante la Secretaria de Ciencia y Tecnología de la UNC - SeCyT - Ver Proyecto presentado ante SeCyT - en el marco del plan bianual para proyectos de Investigación. Presentado: 26 de Agosto de 2007. Proyecto financiado por SeCyt. Período 2008 - 2009 - Ver Financiación del Proyecto
Título Profesional: Médico. Facultad de Medicina Universidad Católica de Córdoba (1991) - Matrícula Profesional: 21.236 - Especialidad: Cirugía Pediátrica (1999) - Matrícula de Especialista: 8535 - Consejo de Médicos de la Provincia de Córdoba. Medico de Planta. Servicio de Cirugía Pediátrica. División Cirugía Laparoscópica. Hospital de Niños de la Santísima Trinidad de Córdoba. Programa de Atención del Recién Nacido Quirúrgico: Hospital Provincial Materno Neonatal y Maternidad Provincial.