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.

1. DepartamentodeIngeniería
deSistemasyAutomática
Víctor F. Muñoz Martínez
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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)

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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

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ERM: DE LA INVESTIGACIÓN A LA PRODUCCIÓN
Pruebas
clínicas
Pruebas con
animales
Transferencia
de tecnología
Producto
comercial
2002 2004 2006 2009

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ROBOTS QUIRÚRGICOS
•Movimientos automáticos
•Reconocimiento de gestos
del cirujano
Robots camarógrafos
Robots semi-autónomos
Sistemas tele-robóticos
Nivel 1
Nivel 2

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ARQUITECTURA DEL CISOBOT

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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.

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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

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RESULTADOS EXPERIMENTALES

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TABLA DE EVENTOS, DETECCIÓN Y ACTUACIÓN
Evento Detección Actuación

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RESULTADOS EXPERIMENTALES
Colisión con la herramienta del cirujano Colisión con el tejido

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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

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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

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EXPERIMENTOS IN-VITRO

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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

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ASISTENTE ROBÓTICO CISOBOT
Micrófono
Marcas en las
herramientas quirúrgicas

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DEMOSTRADOR CISOBOT

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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.

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