Proyecto de Excelencia P07-TEP-02897
ROBOT ASISTENTE SEMIAUTOacuteNOMO DE
DOS BRAZOS PARA INTERVENCIONES DE
CIRUGIacuteA LAPAROSCOacutePICA
Enrique Bauzano Nuacutentildeez
DEPARTAMENTO DE INGENIERIacuteA DE SISTEMAS Y AUTOMAacuteTICA
UNIVERSIDAD DE MAacuteLAGA
DEFENSA DE TESIS DOCTORAL
Directores Dr Viacutector F Muntildeoz Martiacutenez
Dra Isabel Garciacutea Morales
IacuteNDICE
1 Introduccioacuten la roboacutetica en la cirugiacutea laparoscoacutepica
2 Contribuciones de la tesis
3 Control EMP para la navegacioacuten laparoscoacutepica de muntildeecas activas
4 Auto-Guiado planificacioacuten de caminos para evitar obstaacuteculos
5 Asistencia semiautoacutenoma a la sutura
6 Implantacioacuten en la plataforma CISOBOT
7 Resultados experimentales
8 Conclusiones y trabajos futuros
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CIRUGIacuteA LAPAROSCOacutePICA
Instrumental
Instrumental
Punto de
Fulcro
Columna de
Laparoscopia
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CIRUGIacuteA LAPAROSCOacutePICA PROBLEMAS
Ventajas para el pacientehellip
Menor tiempo de recuperacioacuten
Limitacioacuten de complicaciones post-operatorias
Cicatrices maacutes pequentildeas
hellipProblemas para el cirujano
Visioacuten
Imagen 2D
Iluminacioacuten con luz friacutea
Reduccioacuten del campo de visioacuten
Resolucioacuten y fidelidad de la imagen
Movilidad
Inversioacuten del movimiento
Escalado
Peacuterdida de tacto
Coordinacioacuten
Estabilidad de la caacutemara
Limpieza de la oacuteptica
Instrumental extra
SOLUCIOacuteN Usar la roboacutetica como herramienta para mitigar los problemas de la cirugiacutea laparoscoacutepica
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CLASIFICACIOacuteN DE ROBOTS QUIRUacuteRGICOS
bull Cirugiacutea remota
bull Sistemas maestro-
esclavo
bull Aumento de
capacidades del
cirujano
bull hellip
bull Comandados por el
cirujano
bull Guiado visual
bull Realidad
aumentada
bull hellip
bull Biopsias
bull Auto-guiado del instrumental
bull Maniobras quiruacutergicas automaacuteticas
bull hellip
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
TELECIRUGIacuteA Y ROBOTS TELE-ASISTIDOS
SISTEMA ZEUS
SE Butner M Ghodoussi ldquoTransforming a Surgical Robot for Human Telesurgeryrdquo IEEE Transactions
on Robotics and Automation Vol 19 no 5 2003
GS Guthart JK Salisbury ldquoThe Intuitive Telesurgery System Overview and Applicationrdquo
IEEE ICRA 2000 San Francisco CA (USA)
SISTEMA DA VINCI
J Dumpert et al ldquoSemi-autonomous Surgical Tasks Using
a Miniature In Vivo Surgical Robotrdquo IEEE EMBS 2009
Minneapolis MI (USA)
MINI ROBOT PARA NOTES
DJ Abbott et al ldquoDesign of an Endoluminal
NOTES Robotic Systemrdquo IEEE-RSJ IROS
2007 San Diego CA (USA)
SISTEMA VIACATH
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
ROBOTS CAMAROacuteGRAFOS
SISTEMA ERM
VF Muntildeoz et al ldquoControl movement scheme based on
manipulability concept for a surgical robotic assistantrdquo
IEEE ICRA 2006 Orlando FL (USA)
SISTEMA AESOP
P Chatzilias et al ldquoRobotic control in hand-assisted
laparoscopic nepherctomy in humans- a pilot studyrdquo IEEE
EMBS 2004 San Francisco CA (USA)
SISTEMA LAPMAN
R Polet J Donnez ldquoUsing a Laparoscope Manipulator
(LAPMAN) in Laparoscopic Gynecological Surgeryrdquo Surgical
Technology International pp 187-191
ΜROBOT PARA
COLONOSCOPIAS
G Chen MT Pham ldquoA Semi-autonomous Micro-robotic
System for Colonoscopyrdquo IEEE International Conference
on Robotics and Biomimetics 2009 Bangkok (Tailandia)
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
ROBOTS AUTOacuteNOMOS
SISTEMA PARA EXTIRPAR TUMORES DE PECHO
V Mallapragada et al ldquoToward a Robot-Assisted Breast
Intervention Systemrdquo IEEE Transactions on Mechatronics
vol 16 no 6 2011
SISTEMA ENDOBOT
H Kang JT Wen ldquoRobotic Assistants Aid Surgeons
During Minimally Invasive Proceduresrdquo IEEE
Engineering in Medicine and Biology 2001
ΜROBOT PARA BIOPSIAS
SR Platt et al ldquoVision and Task Assistance Using
Modular Wireless In Vivo Surgical Robotsrdquo IEEE
Transactions on Biomedical Engineering 2001
IMPLANTE COCLEAR
LB Kratchman et al ldquoDesign of a Bone-Attached
Parallel Robot for Percutaneous Cochlear Implantationrdquo
IEEE Transactions on Biomedical Engineering 2011
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CONTRIBUCIONES DE LA TESIS
PRINCIPAL OBJETIVO
Desarrollo de un robot quiruacutergico que asista al cirujano de forma semiautoacutenoma y
facilite alcanzar la cirugiacutea en solitario
CONTRIBUCIONES
1 Navegacioacuten Laparoscoacutepica Control EMP para muntildeecas de actuacioacuten directa
2 Sistema de auto-guiado basado en comportamientos
3 Asistencia semiautoacutenoma a la sutura
Implantacioacuten en el sistema de dos brazos CISOBOT
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
PROBLEMA 1 NAVEGACIOacuteN ESFEacuteRICA
Base del Robot
B
Brazo Robot
Muntildeeca
Punto de
Fulcro
I
Endoscopio
Y
X
Z
Z
Y
X
Abdomen
β
α
ρ
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
NAVEGACIOacuteN ESFEacuteRICA MECANISMOS
MUNtildeECA PASIVA CENTRO DE ROTACIOacuteN REMOTO ACTUACIOacuteN DIRECTA
No ejerce fuerzas en abdomen
Incertidumbre debido a la
holgura en el trocar
No ejerce fuerzas en abdomen
(previa calibracioacuten)
Requiere instrumental especiacutefico
Mecanismo voluminoso
No requiere instrumental especiacutefico
Poco volumen ocupado
Puede ejercer fuerzas en el
abdomen
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
MUNtildeECAS ACTIVAS NAVEGACIOacuteN
1 Rotacioacuten alrededor del fulcro estimado IDesplaza el fulcro real I sobre el abdomen
2 Simulacioacuten de muntildeeca pasivaRotacioacuten de la herramienta alrededor de la muntildeeca hasta
eliminar el desplazamiento del fulcro
3 Correccioacuten del aacutengulo de altitudSeguir recorrido hasta orientar la herramienta con el
aacutengulo deseado inicialmente
I
LL-L
XI
ZI
I0
I
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
1 Equilibrio de fuerzas y pares
2 Equilibrio de pares con F y Fβ
3 Aproximacioacuten geomeacutetrica de separacioacuten eβ
4 Aacutengulo de compensacioacuten φr
MUNtildeECAS ACTIVAS ESTIMACIOacuteN DEL FULCRO
fFIX
IZsFsM
F
B
r
I I
e
0
F
A
0I
M
0
ws
F
s
)d(WrM
WF
f
f
FρFρ
FF
sinF
M
eF
re
cos
sinFr
cos
sinFF
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
MUNtildeECAS ACTIVAS ESQUEMA DE CONTROL
CONTROL EMP
CONTROL ESFEacuteRICO
CAPA-2
CAPA-3
CAPA-1Aacutengulo
deseado
Fuerzas y
Pares
CONTROL
CARTESIANO
BRAZO ROBOT
Referencia esfeacuterica pasiva
Referencia esfeacuterica activa
Referencia
articular
ESTIMADOR
DEL FULCRO
Posicioacuten
articular
Distancia Exterior
estimada
Aacutengulo actual
CONTROLADOR MUNtildeECA ACTIVA
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CAPA 3 CONTROL CARTESIANO
CONTROL CARTESIANO
Planificador
Cartesiano
+
ndash xK)(kTX r
)(kTX r
++
BRAZO
ROBOT)(1 J
)(kTr
)(F
)(kT
)(kTX
Conversioacuten
Cartesiano a Arco
recorrido
T
)(kTLr
)(kTL
Ley de Control rxr XXKJ ~)(1
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CAPA 2 CONTROL EMP
CONTROL EMP
ControlPI
Estimador del Fulcro
ndash+
Sensor de Fuerzas
2T
)( rr
)( 2kT
))(( 2kT
1dF )( 2kTFr )( 2kTr+
ndash
)( 2kTr )( 2kTLr
ndash
+
ndash
+
)( 2kTFc
)( 2kTFs)( 2kTF
)( 2kT
)( 2kTW
)( 2kTL
CAPA-3
1
221
1TI
eK
)1(
)1(
22
2
T
T
Pe
eK
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CAPA 1 CONTROL ESFEacuteRICO
CAPA-2
+ndash
L)( dd
)( rr
)(
Control PI
)( cc
Generador de
trayectorias
)( ff
)1(
11
1
1
1
1
1
1
T
T
P
TI
e
eK
eK
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
ESTABILIDAD DEL CONTROLADOR
15
20
25
15
20
25
0
02
04
06
08
1
Distancia real (cm)Distancia estimada K (cm)
05
1
15
2
05
1
15
2
0
05
1
Rigidez real (Nmm)Rigidez estimada (Nmm)
Criterio Los autovalores son inferiores a 1
2 50
Capa 1 Control Esfeacuterico Capa 2 Control EMP
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO CONTROL EMP
time (sec)fo
rce
s (N
)30
2
-2
0
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
PROBLEMA 2 PLANIFICACIOacuteN DE CAMINOS
Herramienta del
Robot
Caacutemara Herramienta del
Cirujano
Abdomen
Trayectoria
del Robot
Objetivo
Campo de Visioacuten
C
rp ro
O
GS
GC
GR
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SISTEMA DE MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
SELECTOR DE
COMPORTAMIENTOS
PLANIFICADOR
LOCAL
CORRECCIOacuteN DE
VELOCIDAD
SEGUIMIENTO
DEL CIRUJANO
pv
1v1c
2v2c
3v3c
or
1c
2c
3c
Objetivo
Trayectoria Planificada
Herramienta del Cirujano
Herramienta del Robot
sv
rv
s1+
+
+
pr
kT
Tk
kT
Tkdtcccdt
)1(332211r
)1(prp vvvrvrr
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SELECTOR DE COMPORTAMIENTOS
67
3 2
Esfera de direcciones
14
58
rv
C CY
CX
CZ
sv
vr
vs
1 2 3 4 5 6 7 8
1 A L ML L C L ML L
2 L A L ML L C L ML
3 C MC A L C MC C L
4 MC C L A MC C L C
5 C L ML L A L ML L
6 L C L ML L A L ML
7 C MC C L C MC A L
8 MC C L C MC C L A
c1
c2
c3
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 1 PLANIFICADOR LOCAL
atrFrepF
RM SMf
RM
O
RG
SG
L
l
i
repatr UU i
repatr1 FFF
0
02
0
0
2
ˆˆ11
2
nρ
F
rF
rep
fatr
f
rep
atr
rK
L
l
K
dt
m1
11
Fv
Proceso Planificador_Local
1) Localizar el punto guiacutea MR2) Calcular el objetivo asociado al punto guiacutea MfR3) Calcular la fuerza F1 =gt Velocidad del punto guiacutea v14) Calcular la velocidad en el efector final del robot
5) Ejecutar movimiento del robot
6) Si no se ha alcanzado el objetivo O con el extremo de la herramienta volver a 1)
Fin de Procedimiento
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 2 CORRECCIOacuteN DE VELOCIDAD
Recta de
Colisioacuten
CP
RG
SG
SP
rv
sv
)( cR tP)( cS tP
RP
r2 vv 2K
dc
tc
Cero Baja Media Lejos Muy Lejos
Cero Maacutex Maacutex Muy Alta Muy Alta Alta
Bajo Maacutex Muy Alta Alta Alta Media
Medio Muy Alta Alta Media Media Poca
Bastante Muy Alta Alta Media Poca Nula
Mucho Alta Media Poca Nula Nula
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 3 SEGUIMIENTO DEL CIRUJANO
GR GS
s3 vF 3B dt
m
Bs3 vv
1
3
3
Proceso Auto_Guiado
1) Calcular los pesos de cada comportamiento c1 c2 c32) Calcular las velocidades de los tres comportamientos v1 v2 v3 3) Ponderar cada velocidad con su peso sumar e integrar =gt siguiente punto del camino rp4) Ejecutar movimiento del robot
5) Si el robot no ha llegado al objetivo ro volver a 1)
Fin de Procedimiento
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
PROBLEMA 3 ASISTENCIA A LA SUTURA
EndoscopioHerramienta del
cirujano
Herramienta
auxiliar
Sujecioacuten
del hiacutegado
Escenario de Colecistectomiacutea
Protocolo
1 Elevar hiacutegado para exponer la
vesiacutecula
2 Cortar triaacutengulo de Calot y exponer
arteria y conducto ciacutesticos
3 Suturar arteria y conducto ciacutesticos
para aislar un punto intermedio
4 Cortar arteria y conducto ciacutesticos
5 Separar vesiacutecula
6 Extraer vesiacutecula del paciente
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA CONCEPTOS PREVIOS
bull Gesto Accioacuten identificable maacutes elemental de las herramientas
laparoscoacutepicas (tirar del hilo de sutura presionar tejidohellip)
bull Maniobra Secuencia de gestos que componen una actuacioacuten
definible sobre el paciente (puncioacuten corte anudadohellip)
bull Procedimiento Maniobra o secuencia de maniobras que completan
una tarea propuesta por un protocolo quiruacutergico
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA MEacuteTODO DE ROSSER (I)
Laparoscopic Suturing httpwwwyoutubecomwatchv=PmdPAVFgNXU
1 Insertar aguja y centrar Agarrar aguja
2 Presionar tejido Posicionar aguja para puncioacuten
3 Agarrar aguja tras puncioacuten Puncioacuten mediante giro de 60deg-90deg
4 Extraer aguja y tirar del hilo Soltar aguja y sostener tejido
5 Colocar aguja a la sutura Desplazar herramienta sobre el hilo
6 Mantener posicioacuten Girar 2x sentido horario
7 Tensar hilo en sentido nordeste Agarrar extremo del hilo y mantener
MANO IZQUIERDA MANO DERECHA
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA MEacuteTODO DE ROSSER (II)
Problemas
Gran cantidad de gestos entre las dos manos
Compleja sincronizacioacuten entre las herramientas laparoscoacutepicas
Solucioacuten
Asistir al cirujano manejando una herramienta con un robot
Ventajas
Menor tiempo de aprendizaje en sincronizar ambas manos
La otra mano queda libre para otras tareas no automatizables
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (I)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
S0 Inicio y preparacioacuten de sutura
S1 Insertar y centrar aguja en pantalla
S2 Coger aguja y colocar en punto de
sutura
S3 Fijar tejido
S4 Punzar tejido extraer aguja y tirar
del hilo
S5 Separar del tejido y abrir pinza
S6 Colocar aguja en pinza izquierda
S7 Posicionar aguja
S8 Rotar alrededor del hilo
S9 Tirar del hilo y cerrar nudo
S10 Acercar aguja a punto de sutura
S11 Coger ambos extremos del hilo y
tensar
S12 Coger hilo bajo pinza derecha
S13 Cambiar herramienta y cortar hilo
S14 Extraer hilo y aguja
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (II)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
T0 Comando de voz ldquoSuturardquo
T1 Robot en posicioacuten
T2 Gesto de cirujano reconocido
T3 Fuerza aplicada sobre tejido
T4 Gesto de cirujano reconocido
T5 Robot en posicioacuten
T6 Gesto de cirujano reconocido
T7 Robot en posicioacuten
T8 Gesto de cirujano reconocido
T9 Fuerza aplicada sobre el hilo
T10 Robot en posicioacuten
T11 Gesto de cirujano reconocido
T12 Robot en posicioacuten + fuerza
aplicada sobre el hilo
T13 Gesto de cirujano reconocido
T14 Robot en posicioacuten
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (III)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
Sk+1
Sk
Tk-1
Tk
Tk+1
1k
kE
1
1
k
kE
k
kE 1
k
kE
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA ASISTENTE DE ESTADOS
ASISTENTE DE ESTADOS
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
Trayectoria
Planificada
Localizacioacuten
Cirujano
Localizacioacuten
del Robot
INTERFAZ DE
VOZ
Fuerzas y
Pares
Posicioacuten
Aguja
Sentildeal de
Audio
Comando
de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
ASISTENTE DE SUTURA
Activacioacuten
Tk Estado Sk
Activacioacuten
Tk
Funciones
1) Alcanzar posicioacuten objetivo
2) Aplicar fuerza en tejidohilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
SISTEMA
ROBOT+-
1
AKoF
F
pr
MOVIMIENTO
AUTO-GUIADO
cx
or
cr r
D
DI
CONTROL
PI
++
D
-+ K
er
++
xcF
co FF
coc FFx 1
AKLey de Control
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO ASISTENCIA A LA SUTURA
Maniobra 1 Insercioacuten Maniobra 2 Puncioacuten
Maniobra 3 AnudadoManiobra 4 Corte del hilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
IMPLANTACIOacuteN PLATAFORMA CISOBOT
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Estructura Robot
Asistente
Marca 3D
Sensor de
Fuerzas
Muntildeeca Pasiva
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ENTORNO QUIRUacuteRGICO
Columna de
Laparoscopia
Tracker 3D
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Simulador de
Paciente
Herramienta del
Cirujano
Caacutemara
Laparoscoacutepica
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ARQUITECTURA DE CONTROL
SENSORES ENTORNOASISTENTE DE ESTADOS
CIRUJANO
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
BRAZOS ROBOTS
CONTROL DE
BAJO NIVEL
PACIENTE
Interaccioacute
n
Ciru
jano
Herramientas Robot
Trayectoria Planificada
Localizacioacuten Cirujano
Trayectoria ControladaLo
caliz
acioacute
n R
ob
ot
ROBOT ASISTENTE
SENSOR DE
FUERZAS
INTERFAZ DE
VOZ
Esfuerzos
Imagen Laparoscoacutepica
Contacto Robot
Aguja
Herramienta Cirujano
Activacioacuten
Sentildeal de Audio
TRACKER 3D
Comando de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
MOacuteDULO DE
VISIOacuteN
ASISTENTE
DE SUTURA Activacioacuten
Nuevo Estado
Nuevo Estado
ADQUISICIOacuteN
AUDIO
Voz del cirujano
Gesto Quiruacutergico
SIST
EMA
TOLE
RA
NTE
AFA
LLO
S
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT SISTEMA TOLERANTE A FALLOS
Evento Deteccioacuten Actuacioacuten
Fallo Hardware - Sentildeal de Fallo Hardware Parar el sistema
Colisioacuten entre brazos - Anaacutelisis de Colisioacuten cinemaacuteticaParar brazo de la caacutemara
mientras haya riesgo
Colisioacuten con herramienta
del cirujano
- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano cerca del robotParar robot mientras haya riesgo
Colisioacuten con tejidooacuterganos- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano lejos del robotExtraer herramienta del robot
Fallo de sensores- Medicioacuten anoacutemala y constante
independiente de la actuacioacuten
Mensaje de alerta y parar si
persiste
0 2 4 6 8 10 12 14 16 180
20
40
60
80
100
Dis
tan
cia
s (
mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18-10
-5
0
5
10
15
20
Tiempo (segundos)
Fu
erz
as (
N)
Fx
Fy
Fz
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200
20
40
60
80
100
Dis
tan
cia
s (
mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20-20
-15
-10
-5
0
5
10
Tiempo (segundos)
Fu
erz
as (
N)
Fx
Fy
Fz
Co
lisioacute
n c
on
herr
am
ien
ta
Colisioacuten con tejido
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT EXPERIMENTOS PROPUESTOS
1 Movimiento esfeacuterico mediante la aplicacioacuten del control EMP
2 Movimiento auto-guiado con la herramienta del cirujano en
movimiento
3 Procedimiento de sutura Insercioacuten Puncioacuten Anudado y Corte
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 1 MOVIMIENTO ESFEacuteRICO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 2 MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (I)
Maniobra 1 Insercioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (II)
Maniobra 2 Puncioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (III)
Maniobra 3 Anudado
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (IV)
Maniobra 4 Corte del Hilo
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CONCLUSIONES
El gran esfuerzo investigador en torno a la roboacutetica quiruacutergica la destaca
como una herramienta de gran utilidad en cirugiacutea laparoscoacutepica
Tres grupos de robots quiruacutergicos tele-manipuladores camaroacutegrafos y
sistemas autoacutenomos
En un punto intermedio los robots semiautoacutenomos se perfilan como los
candidatos para la cirugiacutea en solitario
Contribuciones de esta tesis para los robots semiautoacutenomos
1 Movimiento esfeacuterico del instrumental mediante muntildeecas activas
2 Sistema auto-guiado para la planificacioacuten de movimientos en el interior
de la cavidad abdominal
3 Asistencia semiautoacutenoma al procedimiento laparoscoacutepico de sutura
Implantacioacuten de las contribuciones en el prototipo CISOBOT
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
LIacuteNEAS DE INVESTIGACIOacuteN FUTURAS
Ampliar la asistencia al cirujano en otros procedimientos ademaacutes de la
sutura corte transporte agarrehellip
Modelar complicaciones producidas con mayor frecuencia durante la
ejecucioacuten de los procedimientos anteriores (error en corte limpieza de
sangradohellip)
Modificar el robot para manejar instrumental a traveacutes de un solo orificio en
teacutecnicas SILS (Single Input Laparoscopic Surgery)
Eliminar la hipoacutetesis de herramientas riacutegidas para mejorar la localizacioacuten del
punto de fulcro e interaccioacuten con el cirujano y el paciente
Cambiar el modo secuencial del diagrama de estados de la sutura para
permitir una interaccioacuten simultaacutenea con el cirujano
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
APORTACIONES CIENTIacuteFICAS
CONGRESOS INTERNACIONALES (6) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoActive Wrists Endoscope Navigation in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Mechatronics (ICM) Abril 2009 Maacutelaga (Espantildea) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoThree-Layer Control for Active Wrists in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU) B Estebanez G Jimeacutenez VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales E Bauzano J Molina ldquoMinimally Invasive Surgery Maneuver
Recognition Based on Surgeon Modelrdquo IEEE International Congerence on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU)
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo IEEE International Workshop on Robotics in Alpe-Adria-Danube Region (RAAD) Junio 2010 Budapest (Hungriacutea)
Premio al mejor artiacuteculo de estudiante (Best Paper Award) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoAuto-Guided Movements on Minimally Invasive Surgery for Surgeon Assistancerdquo
IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2010 Taipei (Taiwaacuten) B Estebanez E Bauzano VF Muntildeoz ldquoSurgical Tools Pose Estimation for a Multimodal HMI of a Surgical Robot Assistantrdquo IEEE
International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Septiembre 2011 San Francisco (EEUU)
LIBROS Y REVISTAS (2) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoControl Methodologies for Endoscope Navigation in Robotized
Laparoscopic Surgeryrdquo Research and Education in Robotics Ed Springer-Verlag (Berliacuten Heidelberg) 2010 Vol 82 pp 11-22 ISBN 978-3-642-16369
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo International Journal of Mechanics and Control (JoMaC) Ed Levrotto amp Bella (Torino Italia) 2011 Vol 12 no 1 ISSN 1590-8844
CONGRESOS NACIONALES (10) ndash POSTERS Y WORKSHOPS
Proyecto de Excelencia P07-TEP-02897
ROBOT ASISTENTE SEMIAUTOacuteNOMO DE
DOS BRAZOS PARA INTERVENCIONES DE
CIRUGIacuteA LAPAROSCOacutePICA
Enrique Bauzano Nuacutentildeez
DEPARTAMENTO DE INGENIERIacuteA DE SISTEMAS Y AUTOMAacuteTICA
UNIVERSIDAD DE MAacuteLAGA
DEFENSA DE TESIS DOCTORAL
Directores Dr Viacutector F Muntildeoz Martiacutenez
Dra Isabel Garciacutea Morales
IacuteNDICE
1 Introduccioacuten la roboacutetica en la cirugiacutea laparoscoacutepica
2 Contribuciones de la tesis
3 Control EMP para la navegacioacuten laparoscoacutepica de muntildeecas activas
4 Auto-Guiado planificacioacuten de caminos para evitar obstaacuteculos
5 Asistencia semiautoacutenoma a la sutura
6 Implantacioacuten en la plataforma CISOBOT
7 Resultados experimentales
8 Conclusiones y trabajos futuros
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CIRUGIacuteA LAPAROSCOacutePICA
Instrumental
Instrumental
Punto de
Fulcro
Columna de
Laparoscopia
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CIRUGIacuteA LAPAROSCOacutePICA PROBLEMAS
Ventajas para el pacientehellip
Menor tiempo de recuperacioacuten
Limitacioacuten de complicaciones post-operatorias
Cicatrices maacutes pequentildeas
hellipProblemas para el cirujano
Visioacuten
Imagen 2D
Iluminacioacuten con luz friacutea
Reduccioacuten del campo de visioacuten
Resolucioacuten y fidelidad de la imagen
Movilidad
Inversioacuten del movimiento
Escalado
Peacuterdida de tacto
Coordinacioacuten
Estabilidad de la caacutemara
Limpieza de la oacuteptica
Instrumental extra
SOLUCIOacuteN Usar la roboacutetica como herramienta para mitigar los problemas de la cirugiacutea laparoscoacutepica
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CLASIFICACIOacuteN DE ROBOTS QUIRUacuteRGICOS
bull Cirugiacutea remota
bull Sistemas maestro-
esclavo
bull Aumento de
capacidades del
cirujano
bull hellip
bull Comandados por el
cirujano
bull Guiado visual
bull Realidad
aumentada
bull hellip
bull Biopsias
bull Auto-guiado del instrumental
bull Maniobras quiruacutergicas automaacuteticas
bull hellip
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
TELECIRUGIacuteA Y ROBOTS TELE-ASISTIDOS
SISTEMA ZEUS
SE Butner M Ghodoussi ldquoTransforming a Surgical Robot for Human Telesurgeryrdquo IEEE Transactions
on Robotics and Automation Vol 19 no 5 2003
GS Guthart JK Salisbury ldquoThe Intuitive Telesurgery System Overview and Applicationrdquo
IEEE ICRA 2000 San Francisco CA (USA)
SISTEMA DA VINCI
J Dumpert et al ldquoSemi-autonomous Surgical Tasks Using
a Miniature In Vivo Surgical Robotrdquo IEEE EMBS 2009
Minneapolis MI (USA)
MINI ROBOT PARA NOTES
DJ Abbott et al ldquoDesign of an Endoluminal
NOTES Robotic Systemrdquo IEEE-RSJ IROS
2007 San Diego CA (USA)
SISTEMA VIACATH
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
ROBOTS CAMAROacuteGRAFOS
SISTEMA ERM
VF Muntildeoz et al ldquoControl movement scheme based on
manipulability concept for a surgical robotic assistantrdquo
IEEE ICRA 2006 Orlando FL (USA)
SISTEMA AESOP
P Chatzilias et al ldquoRobotic control in hand-assisted
laparoscopic nepherctomy in humans- a pilot studyrdquo IEEE
EMBS 2004 San Francisco CA (USA)
SISTEMA LAPMAN
R Polet J Donnez ldquoUsing a Laparoscope Manipulator
(LAPMAN) in Laparoscopic Gynecological Surgeryrdquo Surgical
Technology International pp 187-191
ΜROBOT PARA
COLONOSCOPIAS
G Chen MT Pham ldquoA Semi-autonomous Micro-robotic
System for Colonoscopyrdquo IEEE International Conference
on Robotics and Biomimetics 2009 Bangkok (Tailandia)
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
ROBOTS AUTOacuteNOMOS
SISTEMA PARA EXTIRPAR TUMORES DE PECHO
V Mallapragada et al ldquoToward a Robot-Assisted Breast
Intervention Systemrdquo IEEE Transactions on Mechatronics
vol 16 no 6 2011
SISTEMA ENDOBOT
H Kang JT Wen ldquoRobotic Assistants Aid Surgeons
During Minimally Invasive Proceduresrdquo IEEE
Engineering in Medicine and Biology 2001
ΜROBOT PARA BIOPSIAS
SR Platt et al ldquoVision and Task Assistance Using
Modular Wireless In Vivo Surgical Robotsrdquo IEEE
Transactions on Biomedical Engineering 2001
IMPLANTE COCLEAR
LB Kratchman et al ldquoDesign of a Bone-Attached
Parallel Robot for Percutaneous Cochlear Implantationrdquo
IEEE Transactions on Biomedical Engineering 2011
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CONTRIBUCIONES DE LA TESIS
PRINCIPAL OBJETIVO
Desarrollo de un robot quiruacutergico que asista al cirujano de forma semiautoacutenoma y
facilite alcanzar la cirugiacutea en solitario
CONTRIBUCIONES
1 Navegacioacuten Laparoscoacutepica Control EMP para muntildeecas de actuacioacuten directa
2 Sistema de auto-guiado basado en comportamientos
3 Asistencia semiautoacutenoma a la sutura
Implantacioacuten en el sistema de dos brazos CISOBOT
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
PROBLEMA 1 NAVEGACIOacuteN ESFEacuteRICA
Base del Robot
B
Brazo Robot
Muntildeeca
Punto de
Fulcro
I
Endoscopio
Y
X
Z
Z
Y
X
Abdomen
β
α
ρ
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
NAVEGACIOacuteN ESFEacuteRICA MECANISMOS
MUNtildeECA PASIVA CENTRO DE ROTACIOacuteN REMOTO ACTUACIOacuteN DIRECTA
No ejerce fuerzas en abdomen
Incertidumbre debido a la
holgura en el trocar
No ejerce fuerzas en abdomen
(previa calibracioacuten)
Requiere instrumental especiacutefico
Mecanismo voluminoso
No requiere instrumental especiacutefico
Poco volumen ocupado
Puede ejercer fuerzas en el
abdomen
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
MUNtildeECAS ACTIVAS NAVEGACIOacuteN
1 Rotacioacuten alrededor del fulcro estimado IDesplaza el fulcro real I sobre el abdomen
2 Simulacioacuten de muntildeeca pasivaRotacioacuten de la herramienta alrededor de la muntildeeca hasta
eliminar el desplazamiento del fulcro
3 Correccioacuten del aacutengulo de altitudSeguir recorrido hasta orientar la herramienta con el
aacutengulo deseado inicialmente
I
LL-L
XI
ZI
I0
I
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
1 Equilibrio de fuerzas y pares
2 Equilibrio de pares con F y Fβ
3 Aproximacioacuten geomeacutetrica de separacioacuten eβ
4 Aacutengulo de compensacioacuten φr
MUNtildeECAS ACTIVAS ESTIMACIOacuteN DEL FULCRO
fFIX
IZsFsM
F
B
r
I I
e
0
F
A
0I
M
0
ws
F
s
)d(WrM
WF
f
f
FρFρ
FF
sinF
M
eF
re
cos
sinFr
cos
sinFF
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
MUNtildeECAS ACTIVAS ESQUEMA DE CONTROL
CONTROL EMP
CONTROL ESFEacuteRICO
CAPA-2
CAPA-3
CAPA-1Aacutengulo
deseado
Fuerzas y
Pares
CONTROL
CARTESIANO
BRAZO ROBOT
Referencia esfeacuterica pasiva
Referencia esfeacuterica activa
Referencia
articular
ESTIMADOR
DEL FULCRO
Posicioacuten
articular
Distancia Exterior
estimada
Aacutengulo actual
CONTROLADOR MUNtildeECA ACTIVA
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CAPA 3 CONTROL CARTESIANO
CONTROL CARTESIANO
Planificador
Cartesiano
+
ndash xK)(kTX r
)(kTX r
++
BRAZO
ROBOT)(1 J
)(kTr
)(F
)(kT
)(kTX
Conversioacuten
Cartesiano a Arco
recorrido
T
)(kTLr
)(kTL
Ley de Control rxr XXKJ ~)(1
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CAPA 2 CONTROL EMP
CONTROL EMP
ControlPI
Estimador del Fulcro
ndash+
Sensor de Fuerzas
2T
)( rr
)( 2kT
))(( 2kT
1dF )( 2kTFr )( 2kTr+
ndash
)( 2kTr )( 2kTLr
ndash
+
ndash
+
)( 2kTFc
)( 2kTFs)( 2kTF
)( 2kT
)( 2kTW
)( 2kTL
CAPA-3
1
221
1TI
eK
)1(
)1(
22
2
T
T
Pe
eK
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CAPA 1 CONTROL ESFEacuteRICO
CAPA-2
+ndash
L)( dd
)( rr
)(
Control PI
)( cc
Generador de
trayectorias
)( ff
)1(
11
1
1
1
1
1
1
T
T
P
TI
e
eK
eK
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
ESTABILIDAD DEL CONTROLADOR
15
20
25
15
20
25
0
02
04
06
08
1
Distancia real (cm)Distancia estimada K (cm)
05
1
15
2
05
1
15
2
0
05
1
Rigidez real (Nmm)Rigidez estimada (Nmm)
Criterio Los autovalores son inferiores a 1
2 50
Capa 1 Control Esfeacuterico Capa 2 Control EMP
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO CONTROL EMP
time (sec)fo
rce
s (N
)30
2
-2
0
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
PROBLEMA 2 PLANIFICACIOacuteN DE CAMINOS
Herramienta del
Robot
Caacutemara Herramienta del
Cirujano
Abdomen
Trayectoria
del Robot
Objetivo
Campo de Visioacuten
C
rp ro
O
GS
GC
GR
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SISTEMA DE MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
SELECTOR DE
COMPORTAMIENTOS
PLANIFICADOR
LOCAL
CORRECCIOacuteN DE
VELOCIDAD
SEGUIMIENTO
DEL CIRUJANO
pv
1v1c
2v2c
3v3c
or
1c
2c
3c
Objetivo
Trayectoria Planificada
Herramienta del Cirujano
Herramienta del Robot
sv
rv
s1+
+
+
pr
kT
Tk
kT
Tkdtcccdt
)1(332211r
)1(prp vvvrvrr
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SELECTOR DE COMPORTAMIENTOS
67
3 2
Esfera de direcciones
14
58
rv
C CY
CX
CZ
sv
vr
vs
1 2 3 4 5 6 7 8
1 A L ML L C L ML L
2 L A L ML L C L ML
3 C MC A L C MC C L
4 MC C L A MC C L C
5 C L ML L A L ML L
6 L C L ML L A L ML
7 C MC C L C MC A L
8 MC C L C MC C L A
c1
c2
c3
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 1 PLANIFICADOR LOCAL
atrFrepF
RM SMf
RM
O
RG
SG
L
l
i
repatr UU i
repatr1 FFF
0
02
0
0
2
ˆˆ11
2
nρ
F
rF
rep
fatr
f
rep
atr
rK
L
l
K
dt
m1
11
Fv
Proceso Planificador_Local
1) Localizar el punto guiacutea MR2) Calcular el objetivo asociado al punto guiacutea MfR3) Calcular la fuerza F1 =gt Velocidad del punto guiacutea v14) Calcular la velocidad en el efector final del robot
5) Ejecutar movimiento del robot
6) Si no se ha alcanzado el objetivo O con el extremo de la herramienta volver a 1)
Fin de Procedimiento
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 2 CORRECCIOacuteN DE VELOCIDAD
Recta de
Colisioacuten
CP
RG
SG
SP
rv
sv
)( cR tP)( cS tP
RP
r2 vv 2K
dc
tc
Cero Baja Media Lejos Muy Lejos
Cero Maacutex Maacutex Muy Alta Muy Alta Alta
Bajo Maacutex Muy Alta Alta Alta Media
Medio Muy Alta Alta Media Media Poca
Bastante Muy Alta Alta Media Poca Nula
Mucho Alta Media Poca Nula Nula
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 3 SEGUIMIENTO DEL CIRUJANO
GR GS
s3 vF 3B dt
m
Bs3 vv
1
3
3
Proceso Auto_Guiado
1) Calcular los pesos de cada comportamiento c1 c2 c32) Calcular las velocidades de los tres comportamientos v1 v2 v3 3) Ponderar cada velocidad con su peso sumar e integrar =gt siguiente punto del camino rp4) Ejecutar movimiento del robot
5) Si el robot no ha llegado al objetivo ro volver a 1)
Fin de Procedimiento
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
PROBLEMA 3 ASISTENCIA A LA SUTURA
EndoscopioHerramienta del
cirujano
Herramienta
auxiliar
Sujecioacuten
del hiacutegado
Escenario de Colecistectomiacutea
Protocolo
1 Elevar hiacutegado para exponer la
vesiacutecula
2 Cortar triaacutengulo de Calot y exponer
arteria y conducto ciacutesticos
3 Suturar arteria y conducto ciacutesticos
para aislar un punto intermedio
4 Cortar arteria y conducto ciacutesticos
5 Separar vesiacutecula
6 Extraer vesiacutecula del paciente
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA CONCEPTOS PREVIOS
bull Gesto Accioacuten identificable maacutes elemental de las herramientas
laparoscoacutepicas (tirar del hilo de sutura presionar tejidohellip)
bull Maniobra Secuencia de gestos que componen una actuacioacuten
definible sobre el paciente (puncioacuten corte anudadohellip)
bull Procedimiento Maniobra o secuencia de maniobras que completan
una tarea propuesta por un protocolo quiruacutergico
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA MEacuteTODO DE ROSSER (I)
Laparoscopic Suturing httpwwwyoutubecomwatchv=PmdPAVFgNXU
1 Insertar aguja y centrar Agarrar aguja
2 Presionar tejido Posicionar aguja para puncioacuten
3 Agarrar aguja tras puncioacuten Puncioacuten mediante giro de 60deg-90deg
4 Extraer aguja y tirar del hilo Soltar aguja y sostener tejido
5 Colocar aguja a la sutura Desplazar herramienta sobre el hilo
6 Mantener posicioacuten Girar 2x sentido horario
7 Tensar hilo en sentido nordeste Agarrar extremo del hilo y mantener
MANO IZQUIERDA MANO DERECHA
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA MEacuteTODO DE ROSSER (II)
Problemas
Gran cantidad de gestos entre las dos manos
Compleja sincronizacioacuten entre las herramientas laparoscoacutepicas
Solucioacuten
Asistir al cirujano manejando una herramienta con un robot
Ventajas
Menor tiempo de aprendizaje en sincronizar ambas manos
La otra mano queda libre para otras tareas no automatizables
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (I)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
S0 Inicio y preparacioacuten de sutura
S1 Insertar y centrar aguja en pantalla
S2 Coger aguja y colocar en punto de
sutura
S3 Fijar tejido
S4 Punzar tejido extraer aguja y tirar
del hilo
S5 Separar del tejido y abrir pinza
S6 Colocar aguja en pinza izquierda
S7 Posicionar aguja
S8 Rotar alrededor del hilo
S9 Tirar del hilo y cerrar nudo
S10 Acercar aguja a punto de sutura
S11 Coger ambos extremos del hilo y
tensar
S12 Coger hilo bajo pinza derecha
S13 Cambiar herramienta y cortar hilo
S14 Extraer hilo y aguja
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (II)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
T0 Comando de voz ldquoSuturardquo
T1 Robot en posicioacuten
T2 Gesto de cirujano reconocido
T3 Fuerza aplicada sobre tejido
T4 Gesto de cirujano reconocido
T5 Robot en posicioacuten
T6 Gesto de cirujano reconocido
T7 Robot en posicioacuten
T8 Gesto de cirujano reconocido
T9 Fuerza aplicada sobre el hilo
T10 Robot en posicioacuten
T11 Gesto de cirujano reconocido
T12 Robot en posicioacuten + fuerza
aplicada sobre el hilo
T13 Gesto de cirujano reconocido
T14 Robot en posicioacuten
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (III)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
Sk+1
Sk
Tk-1
Tk
Tk+1
1k
kE
1
1
k
kE
k
kE 1
k
kE
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA ASISTENTE DE ESTADOS
ASISTENTE DE ESTADOS
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
Trayectoria
Planificada
Localizacioacuten
Cirujano
Localizacioacuten
del Robot
INTERFAZ DE
VOZ
Fuerzas y
Pares
Posicioacuten
Aguja
Sentildeal de
Audio
Comando
de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
ASISTENTE DE SUTURA
Activacioacuten
Tk Estado Sk
Activacioacuten
Tk
Funciones
1) Alcanzar posicioacuten objetivo
2) Aplicar fuerza en tejidohilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
SISTEMA
ROBOT+-
1
AKoF
F
pr
MOVIMIENTO
AUTO-GUIADO
cx
or
cr r
D
DI
CONTROL
PI
++
D
-+ K
er
++
xcF
co FF
coc FFx 1
AKLey de Control
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO ASISTENCIA A LA SUTURA
Maniobra 1 Insercioacuten Maniobra 2 Puncioacuten
Maniobra 3 AnudadoManiobra 4 Corte del hilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
IMPLANTACIOacuteN PLATAFORMA CISOBOT
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Estructura Robot
Asistente
Marca 3D
Sensor de
Fuerzas
Muntildeeca Pasiva
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ENTORNO QUIRUacuteRGICO
Columna de
Laparoscopia
Tracker 3D
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Simulador de
Paciente
Herramienta del
Cirujano
Caacutemara
Laparoscoacutepica
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ARQUITECTURA DE CONTROL
SENSORES ENTORNOASISTENTE DE ESTADOS
CIRUJANO
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
BRAZOS ROBOTS
CONTROL DE
BAJO NIVEL
PACIENTE
Interaccioacute
n
Ciru
jano
Herramientas Robot
Trayectoria Planificada
Localizacioacuten Cirujano
Trayectoria ControladaLo
caliz
acioacute
n R
ob
ot
ROBOT ASISTENTE
SENSOR DE
FUERZAS
INTERFAZ DE
VOZ
Esfuerzos
Imagen Laparoscoacutepica
Contacto Robot
Aguja
Herramienta Cirujano
Activacioacuten
Sentildeal de Audio
TRACKER 3D
Comando de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
MOacuteDULO DE
VISIOacuteN
ASISTENTE
DE SUTURA Activacioacuten
Nuevo Estado
Nuevo Estado
ADQUISICIOacuteN
AUDIO
Voz del cirujano
Gesto Quiruacutergico
SIST
EMA
TOLE
RA
NTE
AFA
LLO
S
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT SISTEMA TOLERANTE A FALLOS
Evento Deteccioacuten Actuacioacuten
Fallo Hardware - Sentildeal de Fallo Hardware Parar el sistema
Colisioacuten entre brazos - Anaacutelisis de Colisioacuten cinemaacuteticaParar brazo de la caacutemara
mientras haya riesgo
Colisioacuten con herramienta
del cirujano
- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano cerca del robotParar robot mientras haya riesgo
Colisioacuten con tejidooacuterganos- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano lejos del robotExtraer herramienta del robot
Fallo de sensores- Medicioacuten anoacutemala y constante
independiente de la actuacioacuten
Mensaje de alerta y parar si
persiste
0 2 4 6 8 10 12 14 16 180
20
40
60
80
100
Dis
tan
cia
s (
mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18-10
-5
0
5
10
15
20
Tiempo (segundos)
Fu
erz
as (
N)
Fx
Fy
Fz
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200
20
40
60
80
100
Dis
tan
cia
s (
mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20-20
-15
-10
-5
0
5
10
Tiempo (segundos)
Fu
erz
as (
N)
Fx
Fy
Fz
Co
lisioacute
n c
on
herr
am
ien
ta
Colisioacuten con tejido
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT EXPERIMENTOS PROPUESTOS
1 Movimiento esfeacuterico mediante la aplicacioacuten del control EMP
2 Movimiento auto-guiado con la herramienta del cirujano en
movimiento
3 Procedimiento de sutura Insercioacuten Puncioacuten Anudado y Corte
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 1 MOVIMIENTO ESFEacuteRICO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 2 MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (I)
Maniobra 1 Insercioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (II)
Maniobra 2 Puncioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (III)
Maniobra 3 Anudado
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (IV)
Maniobra 4 Corte del Hilo
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CONCLUSIONES
El gran esfuerzo investigador en torno a la roboacutetica quiruacutergica la destaca
como una herramienta de gran utilidad en cirugiacutea laparoscoacutepica
Tres grupos de robots quiruacutergicos tele-manipuladores camaroacutegrafos y
sistemas autoacutenomos
En un punto intermedio los robots semiautoacutenomos se perfilan como los
candidatos para la cirugiacutea en solitario
Contribuciones de esta tesis para los robots semiautoacutenomos
1 Movimiento esfeacuterico del instrumental mediante muntildeecas activas
2 Sistema auto-guiado para la planificacioacuten de movimientos en el interior
de la cavidad abdominal
3 Asistencia semiautoacutenoma al procedimiento laparoscoacutepico de sutura
Implantacioacuten de las contribuciones en el prototipo CISOBOT
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
LIacuteNEAS DE INVESTIGACIOacuteN FUTURAS
Ampliar la asistencia al cirujano en otros procedimientos ademaacutes de la
sutura corte transporte agarrehellip
Modelar complicaciones producidas con mayor frecuencia durante la
ejecucioacuten de los procedimientos anteriores (error en corte limpieza de
sangradohellip)
Modificar el robot para manejar instrumental a traveacutes de un solo orificio en
teacutecnicas SILS (Single Input Laparoscopic Surgery)
Eliminar la hipoacutetesis de herramientas riacutegidas para mejorar la localizacioacuten del
punto de fulcro e interaccioacuten con el cirujano y el paciente
Cambiar el modo secuencial del diagrama de estados de la sutura para
permitir una interaccioacuten simultaacutenea con el cirujano
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
APORTACIONES CIENTIacuteFICAS
CONGRESOS INTERNACIONALES (6) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoActive Wrists Endoscope Navigation in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Mechatronics (ICM) Abril 2009 Maacutelaga (Espantildea) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoThree-Layer Control for Active Wrists in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU) B Estebanez G Jimeacutenez VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales E Bauzano J Molina ldquoMinimally Invasive Surgery Maneuver
Recognition Based on Surgeon Modelrdquo IEEE International Congerence on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU)
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo IEEE International Workshop on Robotics in Alpe-Adria-Danube Region (RAAD) Junio 2010 Budapest (Hungriacutea)
Premio al mejor artiacuteculo de estudiante (Best Paper Award) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoAuto-Guided Movements on Minimally Invasive Surgery for Surgeon Assistancerdquo
IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2010 Taipei (Taiwaacuten) B Estebanez E Bauzano VF Muntildeoz ldquoSurgical Tools Pose Estimation for a Multimodal HMI of a Surgical Robot Assistantrdquo IEEE
International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Septiembre 2011 San Francisco (EEUU)
LIBROS Y REVISTAS (2) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoControl Methodologies for Endoscope Navigation in Robotized
Laparoscopic Surgeryrdquo Research and Education in Robotics Ed Springer-Verlag (Berliacuten Heidelberg) 2010 Vol 82 pp 11-22 ISBN 978-3-642-16369
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo International Journal of Mechanics and Control (JoMaC) Ed Levrotto amp Bella (Torino Italia) 2011 Vol 12 no 1 ISSN 1590-8844
CONGRESOS NACIONALES (10) ndash POSTERS Y WORKSHOPS
Proyecto de Excelencia P07-TEP-02897
ROBOT ASISTENTE SEMIAUTOacuteNOMO DE
DOS BRAZOS PARA INTERVENCIONES DE
CIRUGIacuteA LAPAROSCOacutePICA
Enrique Bauzano Nuacutentildeez
DEPARTAMENTO DE INGENIERIacuteA DE SISTEMAS Y AUTOMAacuteTICA
UNIVERSIDAD DE MAacuteLAGA
DEFENSA DE TESIS DOCTORAL
Directores Dr Viacutector F Muntildeoz Martiacutenez
Dra Isabel Garciacutea Morales
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CIRUGIacuteA LAPAROSCOacutePICA
Instrumental
Instrumental
Punto de
Fulcro
Columna de
Laparoscopia
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CIRUGIacuteA LAPAROSCOacutePICA PROBLEMAS
Ventajas para el pacientehellip
Menor tiempo de recuperacioacuten
Limitacioacuten de complicaciones post-operatorias
Cicatrices maacutes pequentildeas
hellipProblemas para el cirujano
Visioacuten
Imagen 2D
Iluminacioacuten con luz friacutea
Reduccioacuten del campo de visioacuten
Resolucioacuten y fidelidad de la imagen
Movilidad
Inversioacuten del movimiento
Escalado
Peacuterdida de tacto
Coordinacioacuten
Estabilidad de la caacutemara
Limpieza de la oacuteptica
Instrumental extra
SOLUCIOacuteN Usar la roboacutetica como herramienta para mitigar los problemas de la cirugiacutea laparoscoacutepica
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CLASIFICACIOacuteN DE ROBOTS QUIRUacuteRGICOS
bull Cirugiacutea remota
bull Sistemas maestro-
esclavo
bull Aumento de
capacidades del
cirujano
bull hellip
bull Comandados por el
cirujano
bull Guiado visual
bull Realidad
aumentada
bull hellip
bull Biopsias
bull Auto-guiado del instrumental
bull Maniobras quiruacutergicas automaacuteticas
bull hellip
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
TELECIRUGIacuteA Y ROBOTS TELE-ASISTIDOS
SISTEMA ZEUS
SE Butner M Ghodoussi ldquoTransforming a Surgical Robot for Human Telesurgeryrdquo IEEE Transactions
on Robotics and Automation Vol 19 no 5 2003
GS Guthart JK Salisbury ldquoThe Intuitive Telesurgery System Overview and Applicationrdquo
IEEE ICRA 2000 San Francisco CA (USA)
SISTEMA DA VINCI
J Dumpert et al ldquoSemi-autonomous Surgical Tasks Using
a Miniature In Vivo Surgical Robotrdquo IEEE EMBS 2009
Minneapolis MI (USA)
MINI ROBOT PARA NOTES
DJ Abbott et al ldquoDesign of an Endoluminal
NOTES Robotic Systemrdquo IEEE-RSJ IROS
2007 San Diego CA (USA)
SISTEMA VIACATH
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
ROBOTS CAMAROacuteGRAFOS
SISTEMA ERM
VF Muntildeoz et al ldquoControl movement scheme based on
manipulability concept for a surgical robotic assistantrdquo
IEEE ICRA 2006 Orlando FL (USA)
SISTEMA AESOP
P Chatzilias et al ldquoRobotic control in hand-assisted
laparoscopic nepherctomy in humans- a pilot studyrdquo IEEE
EMBS 2004 San Francisco CA (USA)
SISTEMA LAPMAN
R Polet J Donnez ldquoUsing a Laparoscope Manipulator
(LAPMAN) in Laparoscopic Gynecological Surgeryrdquo Surgical
Technology International pp 187-191
ΜROBOT PARA
COLONOSCOPIAS
G Chen MT Pham ldquoA Semi-autonomous Micro-robotic
System for Colonoscopyrdquo IEEE International Conference
on Robotics and Biomimetics 2009 Bangkok (Tailandia)
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
ROBOTS AUTOacuteNOMOS
SISTEMA PARA EXTIRPAR TUMORES DE PECHO
V Mallapragada et al ldquoToward a Robot-Assisted Breast
Intervention Systemrdquo IEEE Transactions on Mechatronics
vol 16 no 6 2011
SISTEMA ENDOBOT
H Kang JT Wen ldquoRobotic Assistants Aid Surgeons
During Minimally Invasive Proceduresrdquo IEEE
Engineering in Medicine and Biology 2001
ΜROBOT PARA BIOPSIAS
SR Platt et al ldquoVision and Task Assistance Using
Modular Wireless In Vivo Surgical Robotsrdquo IEEE
Transactions on Biomedical Engineering 2001
IMPLANTE COCLEAR
LB Kratchman et al ldquoDesign of a Bone-Attached
Parallel Robot for Percutaneous Cochlear Implantationrdquo
IEEE Transactions on Biomedical Engineering 2011
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CONTRIBUCIONES DE LA TESIS
PRINCIPAL OBJETIVO
Desarrollo de un robot quiruacutergico que asista al cirujano de forma semiautoacutenoma y
facilite alcanzar la cirugiacutea en solitario
CONTRIBUCIONES
1 Navegacioacuten Laparoscoacutepica Control EMP para muntildeecas de actuacioacuten directa
2 Sistema de auto-guiado basado en comportamientos
3 Asistencia semiautoacutenoma a la sutura
Implantacioacuten en el sistema de dos brazos CISOBOT
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
PROBLEMA 1 NAVEGACIOacuteN ESFEacuteRICA
Base del Robot
B
Brazo Robot
Muntildeeca
Punto de
Fulcro
I
Endoscopio
Y
X
Z
Z
Y
X
Abdomen
β
α
ρ
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
NAVEGACIOacuteN ESFEacuteRICA MECANISMOS
MUNtildeECA PASIVA CENTRO DE ROTACIOacuteN REMOTO ACTUACIOacuteN DIRECTA
No ejerce fuerzas en abdomen
Incertidumbre debido a la
holgura en el trocar
No ejerce fuerzas en abdomen
(previa calibracioacuten)
Requiere instrumental especiacutefico
Mecanismo voluminoso
No requiere instrumental especiacutefico
Poco volumen ocupado
Puede ejercer fuerzas en el
abdomen
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
MUNtildeECAS ACTIVAS NAVEGACIOacuteN
1 Rotacioacuten alrededor del fulcro estimado IDesplaza el fulcro real I sobre el abdomen
2 Simulacioacuten de muntildeeca pasivaRotacioacuten de la herramienta alrededor de la muntildeeca hasta
eliminar el desplazamiento del fulcro
3 Correccioacuten del aacutengulo de altitudSeguir recorrido hasta orientar la herramienta con el
aacutengulo deseado inicialmente
I
LL-L
XI
ZI
I0
I
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
1 Equilibrio de fuerzas y pares
2 Equilibrio de pares con F y Fβ
3 Aproximacioacuten geomeacutetrica de separacioacuten eβ
4 Aacutengulo de compensacioacuten φr
MUNtildeECAS ACTIVAS ESTIMACIOacuteN DEL FULCRO
fFIX
IZsFsM
F
B
r
I I
e
0
F
A
0I
M
0
ws
F
s
)d(WrM
WF
f
f
FρFρ
FF
sinF
M
eF
re
cos
sinFr
cos
sinFF
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
MUNtildeECAS ACTIVAS ESQUEMA DE CONTROL
CONTROL EMP
CONTROL ESFEacuteRICO
CAPA-2
CAPA-3
CAPA-1Aacutengulo
deseado
Fuerzas y
Pares
CONTROL
CARTESIANO
BRAZO ROBOT
Referencia esfeacuterica pasiva
Referencia esfeacuterica activa
Referencia
articular
ESTIMADOR
DEL FULCRO
Posicioacuten
articular
Distancia Exterior
estimada
Aacutengulo actual
CONTROLADOR MUNtildeECA ACTIVA
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CAPA 3 CONTROL CARTESIANO
CONTROL CARTESIANO
Planificador
Cartesiano
+
ndash xK)(kTX r
)(kTX r
++
BRAZO
ROBOT)(1 J
)(kTr
)(F
)(kT
)(kTX
Conversioacuten
Cartesiano a Arco
recorrido
T
)(kTLr
)(kTL
Ley de Control rxr XXKJ ~)(1
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CAPA 2 CONTROL EMP
CONTROL EMP
ControlPI
Estimador del Fulcro
ndash+
Sensor de Fuerzas
2T
)( rr
)( 2kT
))(( 2kT
1dF )( 2kTFr )( 2kTr+
ndash
)( 2kTr )( 2kTLr
ndash
+
ndash
+
)( 2kTFc
)( 2kTFs)( 2kTF
)( 2kT
)( 2kTW
)( 2kTL
CAPA-3
1
221
1TI
eK
)1(
)1(
22
2
T
T
Pe
eK
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CAPA 1 CONTROL ESFEacuteRICO
CAPA-2
+ndash
L)( dd
)( rr
)(
Control PI
)( cc
Generador de
trayectorias
)( ff
)1(
11
1
1
1
1
1
1
T
T
P
TI
e
eK
eK
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
ESTABILIDAD DEL CONTROLADOR
15
20
25
15
20
25
0
02
04
06
08
1
Distancia real (cm)Distancia estimada K (cm)
05
1
15
2
05
1
15
2
0
05
1
Rigidez real (Nmm)Rigidez estimada (Nmm)
Criterio Los autovalores son inferiores a 1
2 50
Capa 1 Control Esfeacuterico Capa 2 Control EMP
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO CONTROL EMP
time (sec)fo
rce
s (N
)30
2
-2
0
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
PROBLEMA 2 PLANIFICACIOacuteN DE CAMINOS
Herramienta del
Robot
Caacutemara Herramienta del
Cirujano
Abdomen
Trayectoria
del Robot
Objetivo
Campo de Visioacuten
C
rp ro
O
GS
GC
GR
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SISTEMA DE MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
SELECTOR DE
COMPORTAMIENTOS
PLANIFICADOR
LOCAL
CORRECCIOacuteN DE
VELOCIDAD
SEGUIMIENTO
DEL CIRUJANO
pv
1v1c
2v2c
3v3c
or
1c
2c
3c
Objetivo
Trayectoria Planificada
Herramienta del Cirujano
Herramienta del Robot
sv
rv
s1+
+
+
pr
kT
Tk
kT
Tkdtcccdt
)1(332211r
)1(prp vvvrvrr
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SELECTOR DE COMPORTAMIENTOS
67
3 2
Esfera de direcciones
14
58
rv
C CY
CX
CZ
sv
vr
vs
1 2 3 4 5 6 7 8
1 A L ML L C L ML L
2 L A L ML L C L ML
3 C MC A L C MC C L
4 MC C L A MC C L C
5 C L ML L A L ML L
6 L C L ML L A L ML
7 C MC C L C MC A L
8 MC C L C MC C L A
c1
c2
c3
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 1 PLANIFICADOR LOCAL
atrFrepF
RM SMf
RM
O
RG
SG
L
l
i
repatr UU i
repatr1 FFF
0
02
0
0
2
ˆˆ11
2
nρ
F
rF
rep
fatr
f
rep
atr
rK
L
l
K
dt
m1
11
Fv
Proceso Planificador_Local
1) Localizar el punto guiacutea MR2) Calcular el objetivo asociado al punto guiacutea MfR3) Calcular la fuerza F1 =gt Velocidad del punto guiacutea v14) Calcular la velocidad en el efector final del robot
5) Ejecutar movimiento del robot
6) Si no se ha alcanzado el objetivo O con el extremo de la herramienta volver a 1)
Fin de Procedimiento
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 2 CORRECCIOacuteN DE VELOCIDAD
Recta de
Colisioacuten
CP
RG
SG
SP
rv
sv
)( cR tP)( cS tP
RP
r2 vv 2K
dc
tc
Cero Baja Media Lejos Muy Lejos
Cero Maacutex Maacutex Muy Alta Muy Alta Alta
Bajo Maacutex Muy Alta Alta Alta Media
Medio Muy Alta Alta Media Media Poca
Bastante Muy Alta Alta Media Poca Nula
Mucho Alta Media Poca Nula Nula
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 3 SEGUIMIENTO DEL CIRUJANO
GR GS
s3 vF 3B dt
m
Bs3 vv
1
3
3
Proceso Auto_Guiado
1) Calcular los pesos de cada comportamiento c1 c2 c32) Calcular las velocidades de los tres comportamientos v1 v2 v3 3) Ponderar cada velocidad con su peso sumar e integrar =gt siguiente punto del camino rp4) Ejecutar movimiento del robot
5) Si el robot no ha llegado al objetivo ro volver a 1)
Fin de Procedimiento
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
PROBLEMA 3 ASISTENCIA A LA SUTURA
EndoscopioHerramienta del
cirujano
Herramienta
auxiliar
Sujecioacuten
del hiacutegado
Escenario de Colecistectomiacutea
Protocolo
1 Elevar hiacutegado para exponer la
vesiacutecula
2 Cortar triaacutengulo de Calot y exponer
arteria y conducto ciacutesticos
3 Suturar arteria y conducto ciacutesticos
para aislar un punto intermedio
4 Cortar arteria y conducto ciacutesticos
5 Separar vesiacutecula
6 Extraer vesiacutecula del paciente
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA CONCEPTOS PREVIOS
bull Gesto Accioacuten identificable maacutes elemental de las herramientas
laparoscoacutepicas (tirar del hilo de sutura presionar tejidohellip)
bull Maniobra Secuencia de gestos que componen una actuacioacuten
definible sobre el paciente (puncioacuten corte anudadohellip)
bull Procedimiento Maniobra o secuencia de maniobras que completan
una tarea propuesta por un protocolo quiruacutergico
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA MEacuteTODO DE ROSSER (I)
Laparoscopic Suturing httpwwwyoutubecomwatchv=PmdPAVFgNXU
1 Insertar aguja y centrar Agarrar aguja
2 Presionar tejido Posicionar aguja para puncioacuten
3 Agarrar aguja tras puncioacuten Puncioacuten mediante giro de 60deg-90deg
4 Extraer aguja y tirar del hilo Soltar aguja y sostener tejido
5 Colocar aguja a la sutura Desplazar herramienta sobre el hilo
6 Mantener posicioacuten Girar 2x sentido horario
7 Tensar hilo en sentido nordeste Agarrar extremo del hilo y mantener
MANO IZQUIERDA MANO DERECHA
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA MEacuteTODO DE ROSSER (II)
Problemas
Gran cantidad de gestos entre las dos manos
Compleja sincronizacioacuten entre las herramientas laparoscoacutepicas
Solucioacuten
Asistir al cirujano manejando una herramienta con un robot
Ventajas
Menor tiempo de aprendizaje en sincronizar ambas manos
La otra mano queda libre para otras tareas no automatizables
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (I)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
S0 Inicio y preparacioacuten de sutura
S1 Insertar y centrar aguja en pantalla
S2 Coger aguja y colocar en punto de
sutura
S3 Fijar tejido
S4 Punzar tejido extraer aguja y tirar
del hilo
S5 Separar del tejido y abrir pinza
S6 Colocar aguja en pinza izquierda
S7 Posicionar aguja
S8 Rotar alrededor del hilo
S9 Tirar del hilo y cerrar nudo
S10 Acercar aguja a punto de sutura
S11 Coger ambos extremos del hilo y
tensar
S12 Coger hilo bajo pinza derecha
S13 Cambiar herramienta y cortar hilo
S14 Extraer hilo y aguja
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (II)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
T0 Comando de voz ldquoSuturardquo
T1 Robot en posicioacuten
T2 Gesto de cirujano reconocido
T3 Fuerza aplicada sobre tejido
T4 Gesto de cirujano reconocido
T5 Robot en posicioacuten
T6 Gesto de cirujano reconocido
T7 Robot en posicioacuten
T8 Gesto de cirujano reconocido
T9 Fuerza aplicada sobre el hilo
T10 Robot en posicioacuten
T11 Gesto de cirujano reconocido
T12 Robot en posicioacuten + fuerza
aplicada sobre el hilo
T13 Gesto de cirujano reconocido
T14 Robot en posicioacuten
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (III)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
Sk+1
Sk
Tk-1
Tk
Tk+1
1k
kE
1
1
k
kE
k
kE 1
k
kE
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA ASISTENTE DE ESTADOS
ASISTENTE DE ESTADOS
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
Trayectoria
Planificada
Localizacioacuten
Cirujano
Localizacioacuten
del Robot
INTERFAZ DE
VOZ
Fuerzas y
Pares
Posicioacuten
Aguja
Sentildeal de
Audio
Comando
de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
ASISTENTE DE SUTURA
Activacioacuten
Tk Estado Sk
Activacioacuten
Tk
Funciones
1) Alcanzar posicioacuten objetivo
2) Aplicar fuerza en tejidohilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
SISTEMA
ROBOT+-
1
AKoF
F
pr
MOVIMIENTO
AUTO-GUIADO
cx
or
cr r
D
DI
CONTROL
PI
++
D
-+ K
er
++
xcF
co FF
coc FFx 1
AKLey de Control
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO ASISTENCIA A LA SUTURA
Maniobra 1 Insercioacuten Maniobra 2 Puncioacuten
Maniobra 3 AnudadoManiobra 4 Corte del hilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
IMPLANTACIOacuteN PLATAFORMA CISOBOT
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Estructura Robot
Asistente
Marca 3D
Sensor de
Fuerzas
Muntildeeca Pasiva
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ENTORNO QUIRUacuteRGICO
Columna de
Laparoscopia
Tracker 3D
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Simulador de
Paciente
Herramienta del
Cirujano
Caacutemara
Laparoscoacutepica
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ARQUITECTURA DE CONTROL
SENSORES ENTORNOASISTENTE DE ESTADOS
CIRUJANO
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
BRAZOS ROBOTS
CONTROL DE
BAJO NIVEL
PACIENTE
Interaccioacute
n
Ciru
jano
Herramientas Robot
Trayectoria Planificada
Localizacioacuten Cirujano
Trayectoria ControladaLo
caliz
acioacute
n R
ob
ot
ROBOT ASISTENTE
SENSOR DE
FUERZAS
INTERFAZ DE
VOZ
Esfuerzos
Imagen Laparoscoacutepica
Contacto Robot
Aguja
Herramienta Cirujano
Activacioacuten
Sentildeal de Audio
TRACKER 3D
Comando de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
MOacuteDULO DE
VISIOacuteN
ASISTENTE
DE SUTURA Activacioacuten
Nuevo Estado
Nuevo Estado
ADQUISICIOacuteN
AUDIO
Voz del cirujano
Gesto Quiruacutergico
SIST
EMA
TOLE
RA
NTE
AFA
LLO
S
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT SISTEMA TOLERANTE A FALLOS
Evento Deteccioacuten Actuacioacuten
Fallo Hardware - Sentildeal de Fallo Hardware Parar el sistema
Colisioacuten entre brazos - Anaacutelisis de Colisioacuten cinemaacuteticaParar brazo de la caacutemara
mientras haya riesgo
Colisioacuten con herramienta
del cirujano
- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano cerca del robotParar robot mientras haya riesgo
Colisioacuten con tejidooacuterganos- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano lejos del robotExtraer herramienta del robot
Fallo de sensores- Medicioacuten anoacutemala y constante
independiente de la actuacioacuten
Mensaje de alerta y parar si
persiste
0 2 4 6 8 10 12 14 16 180
20
40
60
80
100
Dis
tan
cia
s (
mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18-10
-5
0
5
10
15
20
Tiempo (segundos)
Fu
erz
as (
N)
Fx
Fy
Fz
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200
20
40
60
80
100
Dis
tan
cia
s (
mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20-20
-15
-10
-5
0
5
10
Tiempo (segundos)
Fu
erz
as (
N)
Fx
Fy
Fz
Co
lisioacute
n c
on
herr
am
ien
ta
Colisioacuten con tejido
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT EXPERIMENTOS PROPUESTOS
1 Movimiento esfeacuterico mediante la aplicacioacuten del control EMP
2 Movimiento auto-guiado con la herramienta del cirujano en
movimiento
3 Procedimiento de sutura Insercioacuten Puncioacuten Anudado y Corte
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 1 MOVIMIENTO ESFEacuteRICO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 2 MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (I)
Maniobra 1 Insercioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (II)
Maniobra 2 Puncioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (III)
Maniobra 3 Anudado
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (IV)
Maniobra 4 Corte del Hilo
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CONCLUSIONES
El gran esfuerzo investigador en torno a la roboacutetica quiruacutergica la destaca
como una herramienta de gran utilidad en cirugiacutea laparoscoacutepica
Tres grupos de robots quiruacutergicos tele-manipuladores camaroacutegrafos y
sistemas autoacutenomos
En un punto intermedio los robots semiautoacutenomos se perfilan como los
candidatos para la cirugiacutea en solitario
Contribuciones de esta tesis para los robots semiautoacutenomos
1 Movimiento esfeacuterico del instrumental mediante muntildeecas activas
2 Sistema auto-guiado para la planificacioacuten de movimientos en el interior
de la cavidad abdominal
3 Asistencia semiautoacutenoma al procedimiento laparoscoacutepico de sutura
Implantacioacuten de las contribuciones en el prototipo CISOBOT
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
LIacuteNEAS DE INVESTIGACIOacuteN FUTURAS
Ampliar la asistencia al cirujano en otros procedimientos ademaacutes de la
sutura corte transporte agarrehellip
Modelar complicaciones producidas con mayor frecuencia durante la
ejecucioacuten de los procedimientos anteriores (error en corte limpieza de
sangradohellip)
Modificar el robot para manejar instrumental a traveacutes de un solo orificio en
teacutecnicas SILS (Single Input Laparoscopic Surgery)
Eliminar la hipoacutetesis de herramientas riacutegidas para mejorar la localizacioacuten del
punto de fulcro e interaccioacuten con el cirujano y el paciente
Cambiar el modo secuencial del diagrama de estados de la sutura para
permitir una interaccioacuten simultaacutenea con el cirujano
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
APORTACIONES CIENTIacuteFICAS
CONGRESOS INTERNACIONALES (6) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoActive Wrists Endoscope Navigation in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Mechatronics (ICM) Abril 2009 Maacutelaga (Espantildea) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoThree-Layer Control for Active Wrists in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU) B Estebanez G Jimeacutenez VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales E Bauzano J Molina ldquoMinimally Invasive Surgery Maneuver
Recognition Based on Surgeon Modelrdquo IEEE International Congerence on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU)
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo IEEE International Workshop on Robotics in Alpe-Adria-Danube Region (RAAD) Junio 2010 Budapest (Hungriacutea)
Premio al mejor artiacuteculo de estudiante (Best Paper Award) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoAuto-Guided Movements on Minimally Invasive Surgery for Surgeon Assistancerdquo
IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2010 Taipei (Taiwaacuten) B Estebanez E Bauzano VF Muntildeoz ldquoSurgical Tools Pose Estimation for a Multimodal HMI of a Surgical Robot Assistantrdquo IEEE
International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Septiembre 2011 San Francisco (EEUU)
LIBROS Y REVISTAS (2) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoControl Methodologies for Endoscope Navigation in Robotized
Laparoscopic Surgeryrdquo Research and Education in Robotics Ed Springer-Verlag (Berliacuten Heidelberg) 2010 Vol 82 pp 11-22 ISBN 978-3-642-16369
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo International Journal of Mechanics and Control (JoMaC) Ed Levrotto amp Bella (Torino Italia) 2011 Vol 12 no 1 ISSN 1590-8844
CONGRESOS NACIONALES (10) ndash POSTERS Y WORKSHOPS
Proyecto de Excelencia P07-TEP-02897
ROBOT ASISTENTE SEMIAUTOacuteNOMO DE
DOS BRAZOS PARA INTERVENCIONES DE
CIRUGIacuteA LAPAROSCOacutePICA
Enrique Bauzano Nuacutentildeez
DEPARTAMENTO DE INGENIERIacuteA DE SISTEMAS Y AUTOMAacuteTICA
UNIVERSIDAD DE MAacuteLAGA
DEFENSA DE TESIS DOCTORAL
Directores Dr Viacutector F Muntildeoz Martiacutenez
Dra Isabel Garciacutea Morales
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CIRUGIacuteA LAPAROSCOacutePICA PROBLEMAS
Ventajas para el pacientehellip
Menor tiempo de recuperacioacuten
Limitacioacuten de complicaciones post-operatorias
Cicatrices maacutes pequentildeas
hellipProblemas para el cirujano
Visioacuten
Imagen 2D
Iluminacioacuten con luz friacutea
Reduccioacuten del campo de visioacuten
Resolucioacuten y fidelidad de la imagen
Movilidad
Inversioacuten del movimiento
Escalado
Peacuterdida de tacto
Coordinacioacuten
Estabilidad de la caacutemara
Limpieza de la oacuteptica
Instrumental extra
SOLUCIOacuteN Usar la roboacutetica como herramienta para mitigar los problemas de la cirugiacutea laparoscoacutepica
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CLASIFICACIOacuteN DE ROBOTS QUIRUacuteRGICOS
bull Cirugiacutea remota
bull Sistemas maestro-
esclavo
bull Aumento de
capacidades del
cirujano
bull hellip
bull Comandados por el
cirujano
bull Guiado visual
bull Realidad
aumentada
bull hellip
bull Biopsias
bull Auto-guiado del instrumental
bull Maniobras quiruacutergicas automaacuteticas
bull hellip
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
TELECIRUGIacuteA Y ROBOTS TELE-ASISTIDOS
SISTEMA ZEUS
SE Butner M Ghodoussi ldquoTransforming a Surgical Robot for Human Telesurgeryrdquo IEEE Transactions
on Robotics and Automation Vol 19 no 5 2003
GS Guthart JK Salisbury ldquoThe Intuitive Telesurgery System Overview and Applicationrdquo
IEEE ICRA 2000 San Francisco CA (USA)
SISTEMA DA VINCI
J Dumpert et al ldquoSemi-autonomous Surgical Tasks Using
a Miniature In Vivo Surgical Robotrdquo IEEE EMBS 2009
Minneapolis MI (USA)
MINI ROBOT PARA NOTES
DJ Abbott et al ldquoDesign of an Endoluminal
NOTES Robotic Systemrdquo IEEE-RSJ IROS
2007 San Diego CA (USA)
SISTEMA VIACATH
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
ROBOTS CAMAROacuteGRAFOS
SISTEMA ERM
VF Muntildeoz et al ldquoControl movement scheme based on
manipulability concept for a surgical robotic assistantrdquo
IEEE ICRA 2006 Orlando FL (USA)
SISTEMA AESOP
P Chatzilias et al ldquoRobotic control in hand-assisted
laparoscopic nepherctomy in humans- a pilot studyrdquo IEEE
EMBS 2004 San Francisco CA (USA)
SISTEMA LAPMAN
R Polet J Donnez ldquoUsing a Laparoscope Manipulator
(LAPMAN) in Laparoscopic Gynecological Surgeryrdquo Surgical
Technology International pp 187-191
ΜROBOT PARA
COLONOSCOPIAS
G Chen MT Pham ldquoA Semi-autonomous Micro-robotic
System for Colonoscopyrdquo IEEE International Conference
on Robotics and Biomimetics 2009 Bangkok (Tailandia)
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
ROBOTS AUTOacuteNOMOS
SISTEMA PARA EXTIRPAR TUMORES DE PECHO
V Mallapragada et al ldquoToward a Robot-Assisted Breast
Intervention Systemrdquo IEEE Transactions on Mechatronics
vol 16 no 6 2011
SISTEMA ENDOBOT
H Kang JT Wen ldquoRobotic Assistants Aid Surgeons
During Minimally Invasive Proceduresrdquo IEEE
Engineering in Medicine and Biology 2001
ΜROBOT PARA BIOPSIAS
SR Platt et al ldquoVision and Task Assistance Using
Modular Wireless In Vivo Surgical Robotsrdquo IEEE
Transactions on Biomedical Engineering 2001
IMPLANTE COCLEAR
LB Kratchman et al ldquoDesign of a Bone-Attached
Parallel Robot for Percutaneous Cochlear Implantationrdquo
IEEE Transactions on Biomedical Engineering 2011
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CONTRIBUCIONES DE LA TESIS
PRINCIPAL OBJETIVO
Desarrollo de un robot quiruacutergico que asista al cirujano de forma semiautoacutenoma y
facilite alcanzar la cirugiacutea en solitario
CONTRIBUCIONES
1 Navegacioacuten Laparoscoacutepica Control EMP para muntildeecas de actuacioacuten directa
2 Sistema de auto-guiado basado en comportamientos
3 Asistencia semiautoacutenoma a la sutura
Implantacioacuten en el sistema de dos brazos CISOBOT
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
PROBLEMA 1 NAVEGACIOacuteN ESFEacuteRICA
Base del Robot
B
Brazo Robot
Muntildeeca
Punto de
Fulcro
I
Endoscopio
Y
X
Z
Z
Y
X
Abdomen
β
α
ρ
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
NAVEGACIOacuteN ESFEacuteRICA MECANISMOS
MUNtildeECA PASIVA CENTRO DE ROTACIOacuteN REMOTO ACTUACIOacuteN DIRECTA
No ejerce fuerzas en abdomen
Incertidumbre debido a la
holgura en el trocar
No ejerce fuerzas en abdomen
(previa calibracioacuten)
Requiere instrumental especiacutefico
Mecanismo voluminoso
No requiere instrumental especiacutefico
Poco volumen ocupado
Puede ejercer fuerzas en el
abdomen
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
MUNtildeECAS ACTIVAS NAVEGACIOacuteN
1 Rotacioacuten alrededor del fulcro estimado IDesplaza el fulcro real I sobre el abdomen
2 Simulacioacuten de muntildeeca pasivaRotacioacuten de la herramienta alrededor de la muntildeeca hasta
eliminar el desplazamiento del fulcro
3 Correccioacuten del aacutengulo de altitudSeguir recorrido hasta orientar la herramienta con el
aacutengulo deseado inicialmente
I
LL-L
XI
ZI
I0
I
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
1 Equilibrio de fuerzas y pares
2 Equilibrio de pares con F y Fβ
3 Aproximacioacuten geomeacutetrica de separacioacuten eβ
4 Aacutengulo de compensacioacuten φr
MUNtildeECAS ACTIVAS ESTIMACIOacuteN DEL FULCRO
fFIX
IZsFsM
F
B
r
I I
e
0
F
A
0I
M
0
ws
F
s
)d(WrM
WF
f
f
FρFρ
FF
sinF
M
eF
re
cos
sinFr
cos
sinFF
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
MUNtildeECAS ACTIVAS ESQUEMA DE CONTROL
CONTROL EMP
CONTROL ESFEacuteRICO
CAPA-2
CAPA-3
CAPA-1Aacutengulo
deseado
Fuerzas y
Pares
CONTROL
CARTESIANO
BRAZO ROBOT
Referencia esfeacuterica pasiva
Referencia esfeacuterica activa
Referencia
articular
ESTIMADOR
DEL FULCRO
Posicioacuten
articular
Distancia Exterior
estimada
Aacutengulo actual
CONTROLADOR MUNtildeECA ACTIVA
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CAPA 3 CONTROL CARTESIANO
CONTROL CARTESIANO
Planificador
Cartesiano
+
ndash xK)(kTX r
)(kTX r
++
BRAZO
ROBOT)(1 J
)(kTr
)(F
)(kT
)(kTX
Conversioacuten
Cartesiano a Arco
recorrido
T
)(kTLr
)(kTL
Ley de Control rxr XXKJ ~)(1
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CAPA 2 CONTROL EMP
CONTROL EMP
ControlPI
Estimador del Fulcro
ndash+
Sensor de Fuerzas
2T
)( rr
)( 2kT
))(( 2kT
1dF )( 2kTFr )( 2kTr+
ndash
)( 2kTr )( 2kTLr
ndash
+
ndash
+
)( 2kTFc
)( 2kTFs)( 2kTF
)( 2kT
)( 2kTW
)( 2kTL
CAPA-3
1
221
1TI
eK
)1(
)1(
22
2
T
T
Pe
eK
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CAPA 1 CONTROL ESFEacuteRICO
CAPA-2
+ndash
L)( dd
)( rr
)(
Control PI
)( cc
Generador de
trayectorias
)( ff
)1(
11
1
1
1
1
1
1
T
T
P
TI
e
eK
eK
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
ESTABILIDAD DEL CONTROLADOR
15
20
25
15
20
25
0
02
04
06
08
1
Distancia real (cm)Distancia estimada K (cm)
05
1
15
2
05
1
15
2
0
05
1
Rigidez real (Nmm)Rigidez estimada (Nmm)
Criterio Los autovalores son inferiores a 1
2 50
Capa 1 Control Esfeacuterico Capa 2 Control EMP
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO CONTROL EMP
time (sec)fo
rce
s (N
)30
2
-2
0
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
PROBLEMA 2 PLANIFICACIOacuteN DE CAMINOS
Herramienta del
Robot
Caacutemara Herramienta del
Cirujano
Abdomen
Trayectoria
del Robot
Objetivo
Campo de Visioacuten
C
rp ro
O
GS
GC
GR
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SISTEMA DE MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
SELECTOR DE
COMPORTAMIENTOS
PLANIFICADOR
LOCAL
CORRECCIOacuteN DE
VELOCIDAD
SEGUIMIENTO
DEL CIRUJANO
pv
1v1c
2v2c
3v3c
or
1c
2c
3c
Objetivo
Trayectoria Planificada
Herramienta del Cirujano
Herramienta del Robot
sv
rv
s1+
+
+
pr
kT
Tk
kT
Tkdtcccdt
)1(332211r
)1(prp vvvrvrr
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SELECTOR DE COMPORTAMIENTOS
67
3 2
Esfera de direcciones
14
58
rv
C CY
CX
CZ
sv
vr
vs
1 2 3 4 5 6 7 8
1 A L ML L C L ML L
2 L A L ML L C L ML
3 C MC A L C MC C L
4 MC C L A MC C L C
5 C L ML L A L ML L
6 L C L ML L A L ML
7 C MC C L C MC A L
8 MC C L C MC C L A
c1
c2
c3
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 1 PLANIFICADOR LOCAL
atrFrepF
RM SMf
RM
O
RG
SG
L
l
i
repatr UU i
repatr1 FFF
0
02
0
0
2
ˆˆ11
2
nρ
F
rF
rep
fatr
f
rep
atr
rK
L
l
K
dt
m1
11
Fv
Proceso Planificador_Local
1) Localizar el punto guiacutea MR2) Calcular el objetivo asociado al punto guiacutea MfR3) Calcular la fuerza F1 =gt Velocidad del punto guiacutea v14) Calcular la velocidad en el efector final del robot
5) Ejecutar movimiento del robot
6) Si no se ha alcanzado el objetivo O con el extremo de la herramienta volver a 1)
Fin de Procedimiento
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 2 CORRECCIOacuteN DE VELOCIDAD
Recta de
Colisioacuten
CP
RG
SG
SP
rv
sv
)( cR tP)( cS tP
RP
r2 vv 2K
dc
tc
Cero Baja Media Lejos Muy Lejos
Cero Maacutex Maacutex Muy Alta Muy Alta Alta
Bajo Maacutex Muy Alta Alta Alta Media
Medio Muy Alta Alta Media Media Poca
Bastante Muy Alta Alta Media Poca Nula
Mucho Alta Media Poca Nula Nula
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 3 SEGUIMIENTO DEL CIRUJANO
GR GS
s3 vF 3B dt
m
Bs3 vv
1
3
3
Proceso Auto_Guiado
1) Calcular los pesos de cada comportamiento c1 c2 c32) Calcular las velocidades de los tres comportamientos v1 v2 v3 3) Ponderar cada velocidad con su peso sumar e integrar =gt siguiente punto del camino rp4) Ejecutar movimiento del robot
5) Si el robot no ha llegado al objetivo ro volver a 1)
Fin de Procedimiento
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
PROBLEMA 3 ASISTENCIA A LA SUTURA
EndoscopioHerramienta del
cirujano
Herramienta
auxiliar
Sujecioacuten
del hiacutegado
Escenario de Colecistectomiacutea
Protocolo
1 Elevar hiacutegado para exponer la
vesiacutecula
2 Cortar triaacutengulo de Calot y exponer
arteria y conducto ciacutesticos
3 Suturar arteria y conducto ciacutesticos
para aislar un punto intermedio
4 Cortar arteria y conducto ciacutesticos
5 Separar vesiacutecula
6 Extraer vesiacutecula del paciente
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA CONCEPTOS PREVIOS
bull Gesto Accioacuten identificable maacutes elemental de las herramientas
laparoscoacutepicas (tirar del hilo de sutura presionar tejidohellip)
bull Maniobra Secuencia de gestos que componen una actuacioacuten
definible sobre el paciente (puncioacuten corte anudadohellip)
bull Procedimiento Maniobra o secuencia de maniobras que completan
una tarea propuesta por un protocolo quiruacutergico
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA MEacuteTODO DE ROSSER (I)
Laparoscopic Suturing httpwwwyoutubecomwatchv=PmdPAVFgNXU
1 Insertar aguja y centrar Agarrar aguja
2 Presionar tejido Posicionar aguja para puncioacuten
3 Agarrar aguja tras puncioacuten Puncioacuten mediante giro de 60deg-90deg
4 Extraer aguja y tirar del hilo Soltar aguja y sostener tejido
5 Colocar aguja a la sutura Desplazar herramienta sobre el hilo
6 Mantener posicioacuten Girar 2x sentido horario
7 Tensar hilo en sentido nordeste Agarrar extremo del hilo y mantener
MANO IZQUIERDA MANO DERECHA
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA MEacuteTODO DE ROSSER (II)
Problemas
Gran cantidad de gestos entre las dos manos
Compleja sincronizacioacuten entre las herramientas laparoscoacutepicas
Solucioacuten
Asistir al cirujano manejando una herramienta con un robot
Ventajas
Menor tiempo de aprendizaje en sincronizar ambas manos
La otra mano queda libre para otras tareas no automatizables
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (I)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
S0 Inicio y preparacioacuten de sutura
S1 Insertar y centrar aguja en pantalla
S2 Coger aguja y colocar en punto de
sutura
S3 Fijar tejido
S4 Punzar tejido extraer aguja y tirar
del hilo
S5 Separar del tejido y abrir pinza
S6 Colocar aguja en pinza izquierda
S7 Posicionar aguja
S8 Rotar alrededor del hilo
S9 Tirar del hilo y cerrar nudo
S10 Acercar aguja a punto de sutura
S11 Coger ambos extremos del hilo y
tensar
S12 Coger hilo bajo pinza derecha
S13 Cambiar herramienta y cortar hilo
S14 Extraer hilo y aguja
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (II)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
T0 Comando de voz ldquoSuturardquo
T1 Robot en posicioacuten
T2 Gesto de cirujano reconocido
T3 Fuerza aplicada sobre tejido
T4 Gesto de cirujano reconocido
T5 Robot en posicioacuten
T6 Gesto de cirujano reconocido
T7 Robot en posicioacuten
T8 Gesto de cirujano reconocido
T9 Fuerza aplicada sobre el hilo
T10 Robot en posicioacuten
T11 Gesto de cirujano reconocido
T12 Robot en posicioacuten + fuerza
aplicada sobre el hilo
T13 Gesto de cirujano reconocido
T14 Robot en posicioacuten
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (III)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
Sk+1
Sk
Tk-1
Tk
Tk+1
1k
kE
1
1
k
kE
k
kE 1
k
kE
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA ASISTENTE DE ESTADOS
ASISTENTE DE ESTADOS
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
Trayectoria
Planificada
Localizacioacuten
Cirujano
Localizacioacuten
del Robot
INTERFAZ DE
VOZ
Fuerzas y
Pares
Posicioacuten
Aguja
Sentildeal de
Audio
Comando
de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
ASISTENTE DE SUTURA
Activacioacuten
Tk Estado Sk
Activacioacuten
Tk
Funciones
1) Alcanzar posicioacuten objetivo
2) Aplicar fuerza en tejidohilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
SISTEMA
ROBOT+-
1
AKoF
F
pr
MOVIMIENTO
AUTO-GUIADO
cx
or
cr r
D
DI
CONTROL
PI
++
D
-+ K
er
++
xcF
co FF
coc FFx 1
AKLey de Control
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO ASISTENCIA A LA SUTURA
Maniobra 1 Insercioacuten Maniobra 2 Puncioacuten
Maniobra 3 AnudadoManiobra 4 Corte del hilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
IMPLANTACIOacuteN PLATAFORMA CISOBOT
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Estructura Robot
Asistente
Marca 3D
Sensor de
Fuerzas
Muntildeeca Pasiva
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ENTORNO QUIRUacuteRGICO
Columna de
Laparoscopia
Tracker 3D
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Simulador de
Paciente
Herramienta del
Cirujano
Caacutemara
Laparoscoacutepica
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ARQUITECTURA DE CONTROL
SENSORES ENTORNOASISTENTE DE ESTADOS
CIRUJANO
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
BRAZOS ROBOTS
CONTROL DE
BAJO NIVEL
PACIENTE
Interaccioacute
n
Ciru
jano
Herramientas Robot
Trayectoria Planificada
Localizacioacuten Cirujano
Trayectoria ControladaLo
caliz
acioacute
n R
ob
ot
ROBOT ASISTENTE
SENSOR DE
FUERZAS
INTERFAZ DE
VOZ
Esfuerzos
Imagen Laparoscoacutepica
Contacto Robot
Aguja
Herramienta Cirujano
Activacioacuten
Sentildeal de Audio
TRACKER 3D
Comando de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
MOacuteDULO DE
VISIOacuteN
ASISTENTE
DE SUTURA Activacioacuten
Nuevo Estado
Nuevo Estado
ADQUISICIOacuteN
AUDIO
Voz del cirujano
Gesto Quiruacutergico
SIST
EMA
TOLE
RA
NTE
AFA
LLO
S
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT SISTEMA TOLERANTE A FALLOS
Evento Deteccioacuten Actuacioacuten
Fallo Hardware - Sentildeal de Fallo Hardware Parar el sistema
Colisioacuten entre brazos - Anaacutelisis de Colisioacuten cinemaacuteticaParar brazo de la caacutemara
mientras haya riesgo
Colisioacuten con herramienta
del cirujano
- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano cerca del robotParar robot mientras haya riesgo
Colisioacuten con tejidooacuterganos- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano lejos del robotExtraer herramienta del robot
Fallo de sensores- Medicioacuten anoacutemala y constante
independiente de la actuacioacuten
Mensaje de alerta y parar si
persiste
0 2 4 6 8 10 12 14 16 180
20
40
60
80
100
Dis
tan
cia
s (
mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18-10
-5
0
5
10
15
20
Tiempo (segundos)
Fu
erz
as (
N)
Fx
Fy
Fz
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200
20
40
60
80
100
Dis
tan
cia
s (
mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20-20
-15
-10
-5
0
5
10
Tiempo (segundos)
Fu
erz
as (
N)
Fx
Fy
Fz
Co
lisioacute
n c
on
herr
am
ien
ta
Colisioacuten con tejido
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT EXPERIMENTOS PROPUESTOS
1 Movimiento esfeacuterico mediante la aplicacioacuten del control EMP
2 Movimiento auto-guiado con la herramienta del cirujano en
movimiento
3 Procedimiento de sutura Insercioacuten Puncioacuten Anudado y Corte
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 1 MOVIMIENTO ESFEacuteRICO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 2 MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (I)
Maniobra 1 Insercioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (II)
Maniobra 2 Puncioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (III)
Maniobra 3 Anudado
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (IV)
Maniobra 4 Corte del Hilo
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CONCLUSIONES
El gran esfuerzo investigador en torno a la roboacutetica quiruacutergica la destaca
como una herramienta de gran utilidad en cirugiacutea laparoscoacutepica
Tres grupos de robots quiruacutergicos tele-manipuladores camaroacutegrafos y
sistemas autoacutenomos
En un punto intermedio los robots semiautoacutenomos se perfilan como los
candidatos para la cirugiacutea en solitario
Contribuciones de esta tesis para los robots semiautoacutenomos
1 Movimiento esfeacuterico del instrumental mediante muntildeecas activas
2 Sistema auto-guiado para la planificacioacuten de movimientos en el interior
de la cavidad abdominal
3 Asistencia semiautoacutenoma al procedimiento laparoscoacutepico de sutura
Implantacioacuten de las contribuciones en el prototipo CISOBOT
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
LIacuteNEAS DE INVESTIGACIOacuteN FUTURAS
Ampliar la asistencia al cirujano en otros procedimientos ademaacutes de la
sutura corte transporte agarrehellip
Modelar complicaciones producidas con mayor frecuencia durante la
ejecucioacuten de los procedimientos anteriores (error en corte limpieza de
sangradohellip)
Modificar el robot para manejar instrumental a traveacutes de un solo orificio en
teacutecnicas SILS (Single Input Laparoscopic Surgery)
Eliminar la hipoacutetesis de herramientas riacutegidas para mejorar la localizacioacuten del
punto de fulcro e interaccioacuten con el cirujano y el paciente
Cambiar el modo secuencial del diagrama de estados de la sutura para
permitir una interaccioacuten simultaacutenea con el cirujano
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
APORTACIONES CIENTIacuteFICAS
CONGRESOS INTERNACIONALES (6) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoActive Wrists Endoscope Navigation in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Mechatronics (ICM) Abril 2009 Maacutelaga (Espantildea) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoThree-Layer Control for Active Wrists in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU) B Estebanez G Jimeacutenez VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales E Bauzano J Molina ldquoMinimally Invasive Surgery Maneuver
Recognition Based on Surgeon Modelrdquo IEEE International Congerence on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU)
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo IEEE International Workshop on Robotics in Alpe-Adria-Danube Region (RAAD) Junio 2010 Budapest (Hungriacutea)
Premio al mejor artiacuteculo de estudiante (Best Paper Award) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoAuto-Guided Movements on Minimally Invasive Surgery for Surgeon Assistancerdquo
IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2010 Taipei (Taiwaacuten) B Estebanez E Bauzano VF Muntildeoz ldquoSurgical Tools Pose Estimation for a Multimodal HMI of a Surgical Robot Assistantrdquo IEEE
International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Septiembre 2011 San Francisco (EEUU)
LIBROS Y REVISTAS (2) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoControl Methodologies for Endoscope Navigation in Robotized
Laparoscopic Surgeryrdquo Research and Education in Robotics Ed Springer-Verlag (Berliacuten Heidelberg) 2010 Vol 82 pp 11-22 ISBN 978-3-642-16369
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo International Journal of Mechanics and Control (JoMaC) Ed Levrotto amp Bella (Torino Italia) 2011 Vol 12 no 1 ISSN 1590-8844
CONGRESOS NACIONALES (10) ndash POSTERS Y WORKSHOPS
Proyecto de Excelencia P07-TEP-02897
ROBOT ASISTENTE SEMIAUTOacuteNOMO DE
DOS BRAZOS PARA INTERVENCIONES DE
CIRUGIacuteA LAPAROSCOacutePICA
Enrique Bauzano Nuacutentildeez
DEPARTAMENTO DE INGENIERIacuteA DE SISTEMAS Y AUTOMAacuteTICA
UNIVERSIDAD DE MAacuteLAGA
DEFENSA DE TESIS DOCTORAL
Directores Dr Viacutector F Muntildeoz Martiacutenez
Dra Isabel Garciacutea Morales
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CLASIFICACIOacuteN DE ROBOTS QUIRUacuteRGICOS
bull Cirugiacutea remota
bull Sistemas maestro-
esclavo
bull Aumento de
capacidades del
cirujano
bull hellip
bull Comandados por el
cirujano
bull Guiado visual
bull Realidad
aumentada
bull hellip
bull Biopsias
bull Auto-guiado del instrumental
bull Maniobras quiruacutergicas automaacuteticas
bull hellip
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
TELECIRUGIacuteA Y ROBOTS TELE-ASISTIDOS
SISTEMA ZEUS
SE Butner M Ghodoussi ldquoTransforming a Surgical Robot for Human Telesurgeryrdquo IEEE Transactions
on Robotics and Automation Vol 19 no 5 2003
GS Guthart JK Salisbury ldquoThe Intuitive Telesurgery System Overview and Applicationrdquo
IEEE ICRA 2000 San Francisco CA (USA)
SISTEMA DA VINCI
J Dumpert et al ldquoSemi-autonomous Surgical Tasks Using
a Miniature In Vivo Surgical Robotrdquo IEEE EMBS 2009
Minneapolis MI (USA)
MINI ROBOT PARA NOTES
DJ Abbott et al ldquoDesign of an Endoluminal
NOTES Robotic Systemrdquo IEEE-RSJ IROS
2007 San Diego CA (USA)
SISTEMA VIACATH
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
ROBOTS CAMAROacuteGRAFOS
SISTEMA ERM
VF Muntildeoz et al ldquoControl movement scheme based on
manipulability concept for a surgical robotic assistantrdquo
IEEE ICRA 2006 Orlando FL (USA)
SISTEMA AESOP
P Chatzilias et al ldquoRobotic control in hand-assisted
laparoscopic nepherctomy in humans- a pilot studyrdquo IEEE
EMBS 2004 San Francisco CA (USA)
SISTEMA LAPMAN
R Polet J Donnez ldquoUsing a Laparoscope Manipulator
(LAPMAN) in Laparoscopic Gynecological Surgeryrdquo Surgical
Technology International pp 187-191
ΜROBOT PARA
COLONOSCOPIAS
G Chen MT Pham ldquoA Semi-autonomous Micro-robotic
System for Colonoscopyrdquo IEEE International Conference
on Robotics and Biomimetics 2009 Bangkok (Tailandia)
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
ROBOTS AUTOacuteNOMOS
SISTEMA PARA EXTIRPAR TUMORES DE PECHO
V Mallapragada et al ldquoToward a Robot-Assisted Breast
Intervention Systemrdquo IEEE Transactions on Mechatronics
vol 16 no 6 2011
SISTEMA ENDOBOT
H Kang JT Wen ldquoRobotic Assistants Aid Surgeons
During Minimally Invasive Proceduresrdquo IEEE
Engineering in Medicine and Biology 2001
ΜROBOT PARA BIOPSIAS
SR Platt et al ldquoVision and Task Assistance Using
Modular Wireless In Vivo Surgical Robotsrdquo IEEE
Transactions on Biomedical Engineering 2001
IMPLANTE COCLEAR
LB Kratchman et al ldquoDesign of a Bone-Attached
Parallel Robot for Percutaneous Cochlear Implantationrdquo
IEEE Transactions on Biomedical Engineering 2011
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CONTRIBUCIONES DE LA TESIS
PRINCIPAL OBJETIVO
Desarrollo de un robot quiruacutergico que asista al cirujano de forma semiautoacutenoma y
facilite alcanzar la cirugiacutea en solitario
CONTRIBUCIONES
1 Navegacioacuten Laparoscoacutepica Control EMP para muntildeecas de actuacioacuten directa
2 Sistema de auto-guiado basado en comportamientos
3 Asistencia semiautoacutenoma a la sutura
Implantacioacuten en el sistema de dos brazos CISOBOT
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
PROBLEMA 1 NAVEGACIOacuteN ESFEacuteRICA
Base del Robot
B
Brazo Robot
Muntildeeca
Punto de
Fulcro
I
Endoscopio
Y
X
Z
Z
Y
X
Abdomen
β
α
ρ
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
NAVEGACIOacuteN ESFEacuteRICA MECANISMOS
MUNtildeECA PASIVA CENTRO DE ROTACIOacuteN REMOTO ACTUACIOacuteN DIRECTA
No ejerce fuerzas en abdomen
Incertidumbre debido a la
holgura en el trocar
No ejerce fuerzas en abdomen
(previa calibracioacuten)
Requiere instrumental especiacutefico
Mecanismo voluminoso
No requiere instrumental especiacutefico
Poco volumen ocupado
Puede ejercer fuerzas en el
abdomen
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
MUNtildeECAS ACTIVAS NAVEGACIOacuteN
1 Rotacioacuten alrededor del fulcro estimado IDesplaza el fulcro real I sobre el abdomen
2 Simulacioacuten de muntildeeca pasivaRotacioacuten de la herramienta alrededor de la muntildeeca hasta
eliminar el desplazamiento del fulcro
3 Correccioacuten del aacutengulo de altitudSeguir recorrido hasta orientar la herramienta con el
aacutengulo deseado inicialmente
I
LL-L
XI
ZI
I0
I
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
1 Equilibrio de fuerzas y pares
2 Equilibrio de pares con F y Fβ
3 Aproximacioacuten geomeacutetrica de separacioacuten eβ
4 Aacutengulo de compensacioacuten φr
MUNtildeECAS ACTIVAS ESTIMACIOacuteN DEL FULCRO
fFIX
IZsFsM
F
B
r
I I
e
0
F
A
0I
M
0
ws
F
s
)d(WrM
WF
f
f
FρFρ
FF
sinF
M
eF
re
cos
sinFr
cos
sinFF
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
MUNtildeECAS ACTIVAS ESQUEMA DE CONTROL
CONTROL EMP
CONTROL ESFEacuteRICO
CAPA-2
CAPA-3
CAPA-1Aacutengulo
deseado
Fuerzas y
Pares
CONTROL
CARTESIANO
BRAZO ROBOT
Referencia esfeacuterica pasiva
Referencia esfeacuterica activa
Referencia
articular
ESTIMADOR
DEL FULCRO
Posicioacuten
articular
Distancia Exterior
estimada
Aacutengulo actual
CONTROLADOR MUNtildeECA ACTIVA
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CAPA 3 CONTROL CARTESIANO
CONTROL CARTESIANO
Planificador
Cartesiano
+
ndash xK)(kTX r
)(kTX r
++
BRAZO
ROBOT)(1 J
)(kTr
)(F
)(kT
)(kTX
Conversioacuten
Cartesiano a Arco
recorrido
T
)(kTLr
)(kTL
Ley de Control rxr XXKJ ~)(1
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CAPA 2 CONTROL EMP
CONTROL EMP
ControlPI
Estimador del Fulcro
ndash+
Sensor de Fuerzas
2T
)( rr
)( 2kT
))(( 2kT
1dF )( 2kTFr )( 2kTr+
ndash
)( 2kTr )( 2kTLr
ndash
+
ndash
+
)( 2kTFc
)( 2kTFs)( 2kTF
)( 2kT
)( 2kTW
)( 2kTL
CAPA-3
1
221
1TI
eK
)1(
)1(
22
2
T
T
Pe
eK
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CAPA 1 CONTROL ESFEacuteRICO
CAPA-2
+ndash
L)( dd
)( rr
)(
Control PI
)( cc
Generador de
trayectorias
)( ff
)1(
11
1
1
1
1
1
1
T
T
P
TI
e
eK
eK
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
ESTABILIDAD DEL CONTROLADOR
15
20
25
15
20
25
0
02
04
06
08
1
Distancia real (cm)Distancia estimada K (cm)
05
1
15
2
05
1
15
2
0
05
1
Rigidez real (Nmm)Rigidez estimada (Nmm)
Criterio Los autovalores son inferiores a 1
2 50
Capa 1 Control Esfeacuterico Capa 2 Control EMP
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO CONTROL EMP
time (sec)fo
rce
s (N
)30
2
-2
0
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
PROBLEMA 2 PLANIFICACIOacuteN DE CAMINOS
Herramienta del
Robot
Caacutemara Herramienta del
Cirujano
Abdomen
Trayectoria
del Robot
Objetivo
Campo de Visioacuten
C
rp ro
O
GS
GC
GR
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SISTEMA DE MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
SELECTOR DE
COMPORTAMIENTOS
PLANIFICADOR
LOCAL
CORRECCIOacuteN DE
VELOCIDAD
SEGUIMIENTO
DEL CIRUJANO
pv
1v1c
2v2c
3v3c
or
1c
2c
3c
Objetivo
Trayectoria Planificada
Herramienta del Cirujano
Herramienta del Robot
sv
rv
s1+
+
+
pr
kT
Tk
kT
Tkdtcccdt
)1(332211r
)1(prp vvvrvrr
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SELECTOR DE COMPORTAMIENTOS
67
3 2
Esfera de direcciones
14
58
rv
C CY
CX
CZ
sv
vr
vs
1 2 3 4 5 6 7 8
1 A L ML L C L ML L
2 L A L ML L C L ML
3 C MC A L C MC C L
4 MC C L A MC C L C
5 C L ML L A L ML L
6 L C L ML L A L ML
7 C MC C L C MC A L
8 MC C L C MC C L A
c1
c2
c3
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 1 PLANIFICADOR LOCAL
atrFrepF
RM SMf
RM
O
RG
SG
L
l
i
repatr UU i
repatr1 FFF
0
02
0
0
2
ˆˆ11
2
nρ
F
rF
rep
fatr
f
rep
atr
rK
L
l
K
dt
m1
11
Fv
Proceso Planificador_Local
1) Localizar el punto guiacutea MR2) Calcular el objetivo asociado al punto guiacutea MfR3) Calcular la fuerza F1 =gt Velocidad del punto guiacutea v14) Calcular la velocidad en el efector final del robot
5) Ejecutar movimiento del robot
6) Si no se ha alcanzado el objetivo O con el extremo de la herramienta volver a 1)
Fin de Procedimiento
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 2 CORRECCIOacuteN DE VELOCIDAD
Recta de
Colisioacuten
CP
RG
SG
SP
rv
sv
)( cR tP)( cS tP
RP
r2 vv 2K
dc
tc
Cero Baja Media Lejos Muy Lejos
Cero Maacutex Maacutex Muy Alta Muy Alta Alta
Bajo Maacutex Muy Alta Alta Alta Media
Medio Muy Alta Alta Media Media Poca
Bastante Muy Alta Alta Media Poca Nula
Mucho Alta Media Poca Nula Nula
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 3 SEGUIMIENTO DEL CIRUJANO
GR GS
s3 vF 3B dt
m
Bs3 vv
1
3
3
Proceso Auto_Guiado
1) Calcular los pesos de cada comportamiento c1 c2 c32) Calcular las velocidades de los tres comportamientos v1 v2 v3 3) Ponderar cada velocidad con su peso sumar e integrar =gt siguiente punto del camino rp4) Ejecutar movimiento del robot
5) Si el robot no ha llegado al objetivo ro volver a 1)
Fin de Procedimiento
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
PROBLEMA 3 ASISTENCIA A LA SUTURA
EndoscopioHerramienta del
cirujano
Herramienta
auxiliar
Sujecioacuten
del hiacutegado
Escenario de Colecistectomiacutea
Protocolo
1 Elevar hiacutegado para exponer la
vesiacutecula
2 Cortar triaacutengulo de Calot y exponer
arteria y conducto ciacutesticos
3 Suturar arteria y conducto ciacutesticos
para aislar un punto intermedio
4 Cortar arteria y conducto ciacutesticos
5 Separar vesiacutecula
6 Extraer vesiacutecula del paciente
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA CONCEPTOS PREVIOS
bull Gesto Accioacuten identificable maacutes elemental de las herramientas
laparoscoacutepicas (tirar del hilo de sutura presionar tejidohellip)
bull Maniobra Secuencia de gestos que componen una actuacioacuten
definible sobre el paciente (puncioacuten corte anudadohellip)
bull Procedimiento Maniobra o secuencia de maniobras que completan
una tarea propuesta por un protocolo quiruacutergico
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA MEacuteTODO DE ROSSER (I)
Laparoscopic Suturing httpwwwyoutubecomwatchv=PmdPAVFgNXU
1 Insertar aguja y centrar Agarrar aguja
2 Presionar tejido Posicionar aguja para puncioacuten
3 Agarrar aguja tras puncioacuten Puncioacuten mediante giro de 60deg-90deg
4 Extraer aguja y tirar del hilo Soltar aguja y sostener tejido
5 Colocar aguja a la sutura Desplazar herramienta sobre el hilo
6 Mantener posicioacuten Girar 2x sentido horario
7 Tensar hilo en sentido nordeste Agarrar extremo del hilo y mantener
MANO IZQUIERDA MANO DERECHA
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA MEacuteTODO DE ROSSER (II)
Problemas
Gran cantidad de gestos entre las dos manos
Compleja sincronizacioacuten entre las herramientas laparoscoacutepicas
Solucioacuten
Asistir al cirujano manejando una herramienta con un robot
Ventajas
Menor tiempo de aprendizaje en sincronizar ambas manos
La otra mano queda libre para otras tareas no automatizables
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (I)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
S0 Inicio y preparacioacuten de sutura
S1 Insertar y centrar aguja en pantalla
S2 Coger aguja y colocar en punto de
sutura
S3 Fijar tejido
S4 Punzar tejido extraer aguja y tirar
del hilo
S5 Separar del tejido y abrir pinza
S6 Colocar aguja en pinza izquierda
S7 Posicionar aguja
S8 Rotar alrededor del hilo
S9 Tirar del hilo y cerrar nudo
S10 Acercar aguja a punto de sutura
S11 Coger ambos extremos del hilo y
tensar
S12 Coger hilo bajo pinza derecha
S13 Cambiar herramienta y cortar hilo
S14 Extraer hilo y aguja
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (II)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
T0 Comando de voz ldquoSuturardquo
T1 Robot en posicioacuten
T2 Gesto de cirujano reconocido
T3 Fuerza aplicada sobre tejido
T4 Gesto de cirujano reconocido
T5 Robot en posicioacuten
T6 Gesto de cirujano reconocido
T7 Robot en posicioacuten
T8 Gesto de cirujano reconocido
T9 Fuerza aplicada sobre el hilo
T10 Robot en posicioacuten
T11 Gesto de cirujano reconocido
T12 Robot en posicioacuten + fuerza
aplicada sobre el hilo
T13 Gesto de cirujano reconocido
T14 Robot en posicioacuten
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (III)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
Sk+1
Sk
Tk-1
Tk
Tk+1
1k
kE
1
1
k
kE
k
kE 1
k
kE
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA ASISTENTE DE ESTADOS
ASISTENTE DE ESTADOS
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
Trayectoria
Planificada
Localizacioacuten
Cirujano
Localizacioacuten
del Robot
INTERFAZ DE
VOZ
Fuerzas y
Pares
Posicioacuten
Aguja
Sentildeal de
Audio
Comando
de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
ASISTENTE DE SUTURA
Activacioacuten
Tk Estado Sk
Activacioacuten
Tk
Funciones
1) Alcanzar posicioacuten objetivo
2) Aplicar fuerza en tejidohilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
SISTEMA
ROBOT+-
1
AKoF
F
pr
MOVIMIENTO
AUTO-GUIADO
cx
or
cr r
D
DI
CONTROL
PI
++
D
-+ K
er
++
xcF
co FF
coc FFx 1
AKLey de Control
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO ASISTENCIA A LA SUTURA
Maniobra 1 Insercioacuten Maniobra 2 Puncioacuten
Maniobra 3 AnudadoManiobra 4 Corte del hilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
IMPLANTACIOacuteN PLATAFORMA CISOBOT
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Estructura Robot
Asistente
Marca 3D
Sensor de
Fuerzas
Muntildeeca Pasiva
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ENTORNO QUIRUacuteRGICO
Columna de
Laparoscopia
Tracker 3D
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Simulador de
Paciente
Herramienta del
Cirujano
Caacutemara
Laparoscoacutepica
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ARQUITECTURA DE CONTROL
SENSORES ENTORNOASISTENTE DE ESTADOS
CIRUJANO
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
BRAZOS ROBOTS
CONTROL DE
BAJO NIVEL
PACIENTE
Interaccioacute
n
Ciru
jano
Herramientas Robot
Trayectoria Planificada
Localizacioacuten Cirujano
Trayectoria ControladaLo
caliz
acioacute
n R
ob
ot
ROBOT ASISTENTE
SENSOR DE
FUERZAS
INTERFAZ DE
VOZ
Esfuerzos
Imagen Laparoscoacutepica
Contacto Robot
Aguja
Herramienta Cirujano
Activacioacuten
Sentildeal de Audio
TRACKER 3D
Comando de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
MOacuteDULO DE
VISIOacuteN
ASISTENTE
DE SUTURA Activacioacuten
Nuevo Estado
Nuevo Estado
ADQUISICIOacuteN
AUDIO
Voz del cirujano
Gesto Quiruacutergico
SIST
EMA
TOLE
RA
NTE
AFA
LLO
S
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT SISTEMA TOLERANTE A FALLOS
Evento Deteccioacuten Actuacioacuten
Fallo Hardware - Sentildeal de Fallo Hardware Parar el sistema
Colisioacuten entre brazos - Anaacutelisis de Colisioacuten cinemaacuteticaParar brazo de la caacutemara
mientras haya riesgo
Colisioacuten con herramienta
del cirujano
- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano cerca del robotParar robot mientras haya riesgo
Colisioacuten con tejidooacuterganos- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano lejos del robotExtraer herramienta del robot
Fallo de sensores- Medicioacuten anoacutemala y constante
independiente de la actuacioacuten
Mensaje de alerta y parar si
persiste
0 2 4 6 8 10 12 14 16 180
20
40
60
80
100
Dis
tan
cia
s (
mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18-10
-5
0
5
10
15
20
Tiempo (segundos)
Fu
erz
as (
N)
Fx
Fy
Fz
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200
20
40
60
80
100
Dis
tan
cia
s (
mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20-20
-15
-10
-5
0
5
10
Tiempo (segundos)
Fu
erz
as (
N)
Fx
Fy
Fz
Co
lisioacute
n c
on
herr
am
ien
ta
Colisioacuten con tejido
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT EXPERIMENTOS PROPUESTOS
1 Movimiento esfeacuterico mediante la aplicacioacuten del control EMP
2 Movimiento auto-guiado con la herramienta del cirujano en
movimiento
3 Procedimiento de sutura Insercioacuten Puncioacuten Anudado y Corte
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 1 MOVIMIENTO ESFEacuteRICO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 2 MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (I)
Maniobra 1 Insercioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (II)
Maniobra 2 Puncioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (III)
Maniobra 3 Anudado
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (IV)
Maniobra 4 Corte del Hilo
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CONCLUSIONES
El gran esfuerzo investigador en torno a la roboacutetica quiruacutergica la destaca
como una herramienta de gran utilidad en cirugiacutea laparoscoacutepica
Tres grupos de robots quiruacutergicos tele-manipuladores camaroacutegrafos y
sistemas autoacutenomos
En un punto intermedio los robots semiautoacutenomos se perfilan como los
candidatos para la cirugiacutea en solitario
Contribuciones de esta tesis para los robots semiautoacutenomos
1 Movimiento esfeacuterico del instrumental mediante muntildeecas activas
2 Sistema auto-guiado para la planificacioacuten de movimientos en el interior
de la cavidad abdominal
3 Asistencia semiautoacutenoma al procedimiento laparoscoacutepico de sutura
Implantacioacuten de las contribuciones en el prototipo CISOBOT
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
LIacuteNEAS DE INVESTIGACIOacuteN FUTURAS
Ampliar la asistencia al cirujano en otros procedimientos ademaacutes de la
sutura corte transporte agarrehellip
Modelar complicaciones producidas con mayor frecuencia durante la
ejecucioacuten de los procedimientos anteriores (error en corte limpieza de
sangradohellip)
Modificar el robot para manejar instrumental a traveacutes de un solo orificio en
teacutecnicas SILS (Single Input Laparoscopic Surgery)
Eliminar la hipoacutetesis de herramientas riacutegidas para mejorar la localizacioacuten del
punto de fulcro e interaccioacuten con el cirujano y el paciente
Cambiar el modo secuencial del diagrama de estados de la sutura para
permitir una interaccioacuten simultaacutenea con el cirujano
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
APORTACIONES CIENTIacuteFICAS
CONGRESOS INTERNACIONALES (6) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoActive Wrists Endoscope Navigation in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Mechatronics (ICM) Abril 2009 Maacutelaga (Espantildea) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoThree-Layer Control for Active Wrists in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU) B Estebanez G Jimeacutenez VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales E Bauzano J Molina ldquoMinimally Invasive Surgery Maneuver
Recognition Based on Surgeon Modelrdquo IEEE International Congerence on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU)
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo IEEE International Workshop on Robotics in Alpe-Adria-Danube Region (RAAD) Junio 2010 Budapest (Hungriacutea)
Premio al mejor artiacuteculo de estudiante (Best Paper Award) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoAuto-Guided Movements on Minimally Invasive Surgery for Surgeon Assistancerdquo
IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2010 Taipei (Taiwaacuten) B Estebanez E Bauzano VF Muntildeoz ldquoSurgical Tools Pose Estimation for a Multimodal HMI of a Surgical Robot Assistantrdquo IEEE
International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Septiembre 2011 San Francisco (EEUU)
LIBROS Y REVISTAS (2) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoControl Methodologies for Endoscope Navigation in Robotized
Laparoscopic Surgeryrdquo Research and Education in Robotics Ed Springer-Verlag (Berliacuten Heidelberg) 2010 Vol 82 pp 11-22 ISBN 978-3-642-16369
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo International Journal of Mechanics and Control (JoMaC) Ed Levrotto amp Bella (Torino Italia) 2011 Vol 12 no 1 ISSN 1590-8844
CONGRESOS NACIONALES (10) ndash POSTERS Y WORKSHOPS
Proyecto de Excelencia P07-TEP-02897
ROBOT ASISTENTE SEMIAUTOacuteNOMO DE
DOS BRAZOS PARA INTERVENCIONES DE
CIRUGIacuteA LAPAROSCOacutePICA
Enrique Bauzano Nuacutentildeez
DEPARTAMENTO DE INGENIERIacuteA DE SISTEMAS Y AUTOMAacuteTICA
UNIVERSIDAD DE MAacuteLAGA
DEFENSA DE TESIS DOCTORAL
Directores Dr Viacutector F Muntildeoz Martiacutenez
Dra Isabel Garciacutea Morales
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
TELECIRUGIacuteA Y ROBOTS TELE-ASISTIDOS
SISTEMA ZEUS
SE Butner M Ghodoussi ldquoTransforming a Surgical Robot for Human Telesurgeryrdquo IEEE Transactions
on Robotics and Automation Vol 19 no 5 2003
GS Guthart JK Salisbury ldquoThe Intuitive Telesurgery System Overview and Applicationrdquo
IEEE ICRA 2000 San Francisco CA (USA)
SISTEMA DA VINCI
J Dumpert et al ldquoSemi-autonomous Surgical Tasks Using
a Miniature In Vivo Surgical Robotrdquo IEEE EMBS 2009
Minneapolis MI (USA)
MINI ROBOT PARA NOTES
DJ Abbott et al ldquoDesign of an Endoluminal
NOTES Robotic Systemrdquo IEEE-RSJ IROS
2007 San Diego CA (USA)
SISTEMA VIACATH
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
ROBOTS CAMAROacuteGRAFOS
SISTEMA ERM
VF Muntildeoz et al ldquoControl movement scheme based on
manipulability concept for a surgical robotic assistantrdquo
IEEE ICRA 2006 Orlando FL (USA)
SISTEMA AESOP
P Chatzilias et al ldquoRobotic control in hand-assisted
laparoscopic nepherctomy in humans- a pilot studyrdquo IEEE
EMBS 2004 San Francisco CA (USA)
SISTEMA LAPMAN
R Polet J Donnez ldquoUsing a Laparoscope Manipulator
(LAPMAN) in Laparoscopic Gynecological Surgeryrdquo Surgical
Technology International pp 187-191
ΜROBOT PARA
COLONOSCOPIAS
G Chen MT Pham ldquoA Semi-autonomous Micro-robotic
System for Colonoscopyrdquo IEEE International Conference
on Robotics and Biomimetics 2009 Bangkok (Tailandia)
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
ROBOTS AUTOacuteNOMOS
SISTEMA PARA EXTIRPAR TUMORES DE PECHO
V Mallapragada et al ldquoToward a Robot-Assisted Breast
Intervention Systemrdquo IEEE Transactions on Mechatronics
vol 16 no 6 2011
SISTEMA ENDOBOT
H Kang JT Wen ldquoRobotic Assistants Aid Surgeons
During Minimally Invasive Proceduresrdquo IEEE
Engineering in Medicine and Biology 2001
ΜROBOT PARA BIOPSIAS
SR Platt et al ldquoVision and Task Assistance Using
Modular Wireless In Vivo Surgical Robotsrdquo IEEE
Transactions on Biomedical Engineering 2001
IMPLANTE COCLEAR
LB Kratchman et al ldquoDesign of a Bone-Attached
Parallel Robot for Percutaneous Cochlear Implantationrdquo
IEEE Transactions on Biomedical Engineering 2011
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CONTRIBUCIONES DE LA TESIS
PRINCIPAL OBJETIVO
Desarrollo de un robot quiruacutergico que asista al cirujano de forma semiautoacutenoma y
facilite alcanzar la cirugiacutea en solitario
CONTRIBUCIONES
1 Navegacioacuten Laparoscoacutepica Control EMP para muntildeecas de actuacioacuten directa
2 Sistema de auto-guiado basado en comportamientos
3 Asistencia semiautoacutenoma a la sutura
Implantacioacuten en el sistema de dos brazos CISOBOT
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
PROBLEMA 1 NAVEGACIOacuteN ESFEacuteRICA
Base del Robot
B
Brazo Robot
Muntildeeca
Punto de
Fulcro
I
Endoscopio
Y
X
Z
Z
Y
X
Abdomen
β
α
ρ
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
NAVEGACIOacuteN ESFEacuteRICA MECANISMOS
MUNtildeECA PASIVA CENTRO DE ROTACIOacuteN REMOTO ACTUACIOacuteN DIRECTA
No ejerce fuerzas en abdomen
Incertidumbre debido a la
holgura en el trocar
No ejerce fuerzas en abdomen
(previa calibracioacuten)
Requiere instrumental especiacutefico
Mecanismo voluminoso
No requiere instrumental especiacutefico
Poco volumen ocupado
Puede ejercer fuerzas en el
abdomen
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
MUNtildeECAS ACTIVAS NAVEGACIOacuteN
1 Rotacioacuten alrededor del fulcro estimado IDesplaza el fulcro real I sobre el abdomen
2 Simulacioacuten de muntildeeca pasivaRotacioacuten de la herramienta alrededor de la muntildeeca hasta
eliminar el desplazamiento del fulcro
3 Correccioacuten del aacutengulo de altitudSeguir recorrido hasta orientar la herramienta con el
aacutengulo deseado inicialmente
I
LL-L
XI
ZI
I0
I
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
1 Equilibrio de fuerzas y pares
2 Equilibrio de pares con F y Fβ
3 Aproximacioacuten geomeacutetrica de separacioacuten eβ
4 Aacutengulo de compensacioacuten φr
MUNtildeECAS ACTIVAS ESTIMACIOacuteN DEL FULCRO
fFIX
IZsFsM
F
B
r
I I
e
0
F
A
0I
M
0
ws
F
s
)d(WrM
WF
f
f
FρFρ
FF
sinF
M
eF
re
cos
sinFr
cos
sinFF
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
MUNtildeECAS ACTIVAS ESQUEMA DE CONTROL
CONTROL EMP
CONTROL ESFEacuteRICO
CAPA-2
CAPA-3
CAPA-1Aacutengulo
deseado
Fuerzas y
Pares
CONTROL
CARTESIANO
BRAZO ROBOT
Referencia esfeacuterica pasiva
Referencia esfeacuterica activa
Referencia
articular
ESTIMADOR
DEL FULCRO
Posicioacuten
articular
Distancia Exterior
estimada
Aacutengulo actual
CONTROLADOR MUNtildeECA ACTIVA
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CAPA 3 CONTROL CARTESIANO
CONTROL CARTESIANO
Planificador
Cartesiano
+
ndash xK)(kTX r
)(kTX r
++
BRAZO
ROBOT)(1 J
)(kTr
)(F
)(kT
)(kTX
Conversioacuten
Cartesiano a Arco
recorrido
T
)(kTLr
)(kTL
Ley de Control rxr XXKJ ~)(1
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CAPA 2 CONTROL EMP
CONTROL EMP
ControlPI
Estimador del Fulcro
ndash+
Sensor de Fuerzas
2T
)( rr
)( 2kT
))(( 2kT
1dF )( 2kTFr )( 2kTr+
ndash
)( 2kTr )( 2kTLr
ndash
+
ndash
+
)( 2kTFc
)( 2kTFs)( 2kTF
)( 2kT
)( 2kTW
)( 2kTL
CAPA-3
1
221
1TI
eK
)1(
)1(
22
2
T
T
Pe
eK
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CAPA 1 CONTROL ESFEacuteRICO
CAPA-2
+ndash
L)( dd
)( rr
)(
Control PI
)( cc
Generador de
trayectorias
)( ff
)1(
11
1
1
1
1
1
1
T
T
P
TI
e
eK
eK
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
ESTABILIDAD DEL CONTROLADOR
15
20
25
15
20
25
0
02
04
06
08
1
Distancia real (cm)Distancia estimada K (cm)
05
1
15
2
05
1
15
2
0
05
1
Rigidez real (Nmm)Rigidez estimada (Nmm)
Criterio Los autovalores son inferiores a 1
2 50
Capa 1 Control Esfeacuterico Capa 2 Control EMP
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO CONTROL EMP
time (sec)fo
rce
s (N
)30
2
-2
0
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
PROBLEMA 2 PLANIFICACIOacuteN DE CAMINOS
Herramienta del
Robot
Caacutemara Herramienta del
Cirujano
Abdomen
Trayectoria
del Robot
Objetivo
Campo de Visioacuten
C
rp ro
O
GS
GC
GR
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SISTEMA DE MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
SELECTOR DE
COMPORTAMIENTOS
PLANIFICADOR
LOCAL
CORRECCIOacuteN DE
VELOCIDAD
SEGUIMIENTO
DEL CIRUJANO
pv
1v1c
2v2c
3v3c
or
1c
2c
3c
Objetivo
Trayectoria Planificada
Herramienta del Cirujano
Herramienta del Robot
sv
rv
s1+
+
+
pr
kT
Tk
kT
Tkdtcccdt
)1(332211r
)1(prp vvvrvrr
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SELECTOR DE COMPORTAMIENTOS
67
3 2
Esfera de direcciones
14
58
rv
C CY
CX
CZ
sv
vr
vs
1 2 3 4 5 6 7 8
1 A L ML L C L ML L
2 L A L ML L C L ML
3 C MC A L C MC C L
4 MC C L A MC C L C
5 C L ML L A L ML L
6 L C L ML L A L ML
7 C MC C L C MC A L
8 MC C L C MC C L A
c1
c2
c3
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 1 PLANIFICADOR LOCAL
atrFrepF
RM SMf
RM
O
RG
SG
L
l
i
repatr UU i
repatr1 FFF
0
02
0
0
2
ˆˆ11
2
nρ
F
rF
rep
fatr
f
rep
atr
rK
L
l
K
dt
m1
11
Fv
Proceso Planificador_Local
1) Localizar el punto guiacutea MR2) Calcular el objetivo asociado al punto guiacutea MfR3) Calcular la fuerza F1 =gt Velocidad del punto guiacutea v14) Calcular la velocidad en el efector final del robot
5) Ejecutar movimiento del robot
6) Si no se ha alcanzado el objetivo O con el extremo de la herramienta volver a 1)
Fin de Procedimiento
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 2 CORRECCIOacuteN DE VELOCIDAD
Recta de
Colisioacuten
CP
RG
SG
SP
rv
sv
)( cR tP)( cS tP
RP
r2 vv 2K
dc
tc
Cero Baja Media Lejos Muy Lejos
Cero Maacutex Maacutex Muy Alta Muy Alta Alta
Bajo Maacutex Muy Alta Alta Alta Media
Medio Muy Alta Alta Media Media Poca
Bastante Muy Alta Alta Media Poca Nula
Mucho Alta Media Poca Nula Nula
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 3 SEGUIMIENTO DEL CIRUJANO
GR GS
s3 vF 3B dt
m
Bs3 vv
1
3
3
Proceso Auto_Guiado
1) Calcular los pesos de cada comportamiento c1 c2 c32) Calcular las velocidades de los tres comportamientos v1 v2 v3 3) Ponderar cada velocidad con su peso sumar e integrar =gt siguiente punto del camino rp4) Ejecutar movimiento del robot
5) Si el robot no ha llegado al objetivo ro volver a 1)
Fin de Procedimiento
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
PROBLEMA 3 ASISTENCIA A LA SUTURA
EndoscopioHerramienta del
cirujano
Herramienta
auxiliar
Sujecioacuten
del hiacutegado
Escenario de Colecistectomiacutea
Protocolo
1 Elevar hiacutegado para exponer la
vesiacutecula
2 Cortar triaacutengulo de Calot y exponer
arteria y conducto ciacutesticos
3 Suturar arteria y conducto ciacutesticos
para aislar un punto intermedio
4 Cortar arteria y conducto ciacutesticos
5 Separar vesiacutecula
6 Extraer vesiacutecula del paciente
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA CONCEPTOS PREVIOS
bull Gesto Accioacuten identificable maacutes elemental de las herramientas
laparoscoacutepicas (tirar del hilo de sutura presionar tejidohellip)
bull Maniobra Secuencia de gestos que componen una actuacioacuten
definible sobre el paciente (puncioacuten corte anudadohellip)
bull Procedimiento Maniobra o secuencia de maniobras que completan
una tarea propuesta por un protocolo quiruacutergico
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA MEacuteTODO DE ROSSER (I)
Laparoscopic Suturing httpwwwyoutubecomwatchv=PmdPAVFgNXU
1 Insertar aguja y centrar Agarrar aguja
2 Presionar tejido Posicionar aguja para puncioacuten
3 Agarrar aguja tras puncioacuten Puncioacuten mediante giro de 60deg-90deg
4 Extraer aguja y tirar del hilo Soltar aguja y sostener tejido
5 Colocar aguja a la sutura Desplazar herramienta sobre el hilo
6 Mantener posicioacuten Girar 2x sentido horario
7 Tensar hilo en sentido nordeste Agarrar extremo del hilo y mantener
MANO IZQUIERDA MANO DERECHA
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA MEacuteTODO DE ROSSER (II)
Problemas
Gran cantidad de gestos entre las dos manos
Compleja sincronizacioacuten entre las herramientas laparoscoacutepicas
Solucioacuten
Asistir al cirujano manejando una herramienta con un robot
Ventajas
Menor tiempo de aprendizaje en sincronizar ambas manos
La otra mano queda libre para otras tareas no automatizables
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (I)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
S0 Inicio y preparacioacuten de sutura
S1 Insertar y centrar aguja en pantalla
S2 Coger aguja y colocar en punto de
sutura
S3 Fijar tejido
S4 Punzar tejido extraer aguja y tirar
del hilo
S5 Separar del tejido y abrir pinza
S6 Colocar aguja en pinza izquierda
S7 Posicionar aguja
S8 Rotar alrededor del hilo
S9 Tirar del hilo y cerrar nudo
S10 Acercar aguja a punto de sutura
S11 Coger ambos extremos del hilo y
tensar
S12 Coger hilo bajo pinza derecha
S13 Cambiar herramienta y cortar hilo
S14 Extraer hilo y aguja
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (II)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
T0 Comando de voz ldquoSuturardquo
T1 Robot en posicioacuten
T2 Gesto de cirujano reconocido
T3 Fuerza aplicada sobre tejido
T4 Gesto de cirujano reconocido
T5 Robot en posicioacuten
T6 Gesto de cirujano reconocido
T7 Robot en posicioacuten
T8 Gesto de cirujano reconocido
T9 Fuerza aplicada sobre el hilo
T10 Robot en posicioacuten
T11 Gesto de cirujano reconocido
T12 Robot en posicioacuten + fuerza
aplicada sobre el hilo
T13 Gesto de cirujano reconocido
T14 Robot en posicioacuten
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (III)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
Sk+1
Sk
Tk-1
Tk
Tk+1
1k
kE
1
1
k
kE
k
kE 1
k
kE
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA ASISTENTE DE ESTADOS
ASISTENTE DE ESTADOS
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
Trayectoria
Planificada
Localizacioacuten
Cirujano
Localizacioacuten
del Robot
INTERFAZ DE
VOZ
Fuerzas y
Pares
Posicioacuten
Aguja
Sentildeal de
Audio
Comando
de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
ASISTENTE DE SUTURA
Activacioacuten
Tk Estado Sk
Activacioacuten
Tk
Funciones
1) Alcanzar posicioacuten objetivo
2) Aplicar fuerza en tejidohilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
SISTEMA
ROBOT+-
1
AKoF
F
pr
MOVIMIENTO
AUTO-GUIADO
cx
or
cr r
D
DI
CONTROL
PI
++
D
-+ K
er
++
xcF
co FF
coc FFx 1
AKLey de Control
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO ASISTENCIA A LA SUTURA
Maniobra 1 Insercioacuten Maniobra 2 Puncioacuten
Maniobra 3 AnudadoManiobra 4 Corte del hilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
IMPLANTACIOacuteN PLATAFORMA CISOBOT
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Estructura Robot
Asistente
Marca 3D
Sensor de
Fuerzas
Muntildeeca Pasiva
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ENTORNO QUIRUacuteRGICO
Columna de
Laparoscopia
Tracker 3D
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Simulador de
Paciente
Herramienta del
Cirujano
Caacutemara
Laparoscoacutepica
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ARQUITECTURA DE CONTROL
SENSORES ENTORNOASISTENTE DE ESTADOS
CIRUJANO
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
BRAZOS ROBOTS
CONTROL DE
BAJO NIVEL
PACIENTE
Interaccioacute
n
Ciru
jano
Herramientas Robot
Trayectoria Planificada
Localizacioacuten Cirujano
Trayectoria ControladaLo
caliz
acioacute
n R
ob
ot
ROBOT ASISTENTE
SENSOR DE
FUERZAS
INTERFAZ DE
VOZ
Esfuerzos
Imagen Laparoscoacutepica
Contacto Robot
Aguja
Herramienta Cirujano
Activacioacuten
Sentildeal de Audio
TRACKER 3D
Comando de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
MOacuteDULO DE
VISIOacuteN
ASISTENTE
DE SUTURA Activacioacuten
Nuevo Estado
Nuevo Estado
ADQUISICIOacuteN
AUDIO
Voz del cirujano
Gesto Quiruacutergico
SIST
EMA
TOLE
RA
NTE
AFA
LLO
S
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT SISTEMA TOLERANTE A FALLOS
Evento Deteccioacuten Actuacioacuten
Fallo Hardware - Sentildeal de Fallo Hardware Parar el sistema
Colisioacuten entre brazos - Anaacutelisis de Colisioacuten cinemaacuteticaParar brazo de la caacutemara
mientras haya riesgo
Colisioacuten con herramienta
del cirujano
- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano cerca del robotParar robot mientras haya riesgo
Colisioacuten con tejidooacuterganos- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano lejos del robotExtraer herramienta del robot
Fallo de sensores- Medicioacuten anoacutemala y constante
independiente de la actuacioacuten
Mensaje de alerta y parar si
persiste
0 2 4 6 8 10 12 14 16 180
20
40
60
80
100
Dis
tan
cia
s (
mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18-10
-5
0
5
10
15
20
Tiempo (segundos)
Fu
erz
as (
N)
Fx
Fy
Fz
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200
20
40
60
80
100
Dis
tan
cia
s (
mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20-20
-15
-10
-5
0
5
10
Tiempo (segundos)
Fu
erz
as (
N)
Fx
Fy
Fz
Co
lisioacute
n c
on
herr
am
ien
ta
Colisioacuten con tejido
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT EXPERIMENTOS PROPUESTOS
1 Movimiento esfeacuterico mediante la aplicacioacuten del control EMP
2 Movimiento auto-guiado con la herramienta del cirujano en
movimiento
3 Procedimiento de sutura Insercioacuten Puncioacuten Anudado y Corte
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 1 MOVIMIENTO ESFEacuteRICO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 2 MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (I)
Maniobra 1 Insercioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (II)
Maniobra 2 Puncioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (III)
Maniobra 3 Anudado
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (IV)
Maniobra 4 Corte del Hilo
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CONCLUSIONES
El gran esfuerzo investigador en torno a la roboacutetica quiruacutergica la destaca
como una herramienta de gran utilidad en cirugiacutea laparoscoacutepica
Tres grupos de robots quiruacutergicos tele-manipuladores camaroacutegrafos y
sistemas autoacutenomos
En un punto intermedio los robots semiautoacutenomos se perfilan como los
candidatos para la cirugiacutea en solitario
Contribuciones de esta tesis para los robots semiautoacutenomos
1 Movimiento esfeacuterico del instrumental mediante muntildeecas activas
2 Sistema auto-guiado para la planificacioacuten de movimientos en el interior
de la cavidad abdominal
3 Asistencia semiautoacutenoma al procedimiento laparoscoacutepico de sutura
Implantacioacuten de las contribuciones en el prototipo CISOBOT
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
LIacuteNEAS DE INVESTIGACIOacuteN FUTURAS
Ampliar la asistencia al cirujano en otros procedimientos ademaacutes de la
sutura corte transporte agarrehellip
Modelar complicaciones producidas con mayor frecuencia durante la
ejecucioacuten de los procedimientos anteriores (error en corte limpieza de
sangradohellip)
Modificar el robot para manejar instrumental a traveacutes de un solo orificio en
teacutecnicas SILS (Single Input Laparoscopic Surgery)
Eliminar la hipoacutetesis de herramientas riacutegidas para mejorar la localizacioacuten del
punto de fulcro e interaccioacuten con el cirujano y el paciente
Cambiar el modo secuencial del diagrama de estados de la sutura para
permitir una interaccioacuten simultaacutenea con el cirujano
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
APORTACIONES CIENTIacuteFICAS
CONGRESOS INTERNACIONALES (6) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoActive Wrists Endoscope Navigation in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Mechatronics (ICM) Abril 2009 Maacutelaga (Espantildea) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoThree-Layer Control for Active Wrists in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU) B Estebanez G Jimeacutenez VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales E Bauzano J Molina ldquoMinimally Invasive Surgery Maneuver
Recognition Based on Surgeon Modelrdquo IEEE International Congerence on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU)
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo IEEE International Workshop on Robotics in Alpe-Adria-Danube Region (RAAD) Junio 2010 Budapest (Hungriacutea)
Premio al mejor artiacuteculo de estudiante (Best Paper Award) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoAuto-Guided Movements on Minimally Invasive Surgery for Surgeon Assistancerdquo
IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2010 Taipei (Taiwaacuten) B Estebanez E Bauzano VF Muntildeoz ldquoSurgical Tools Pose Estimation for a Multimodal HMI of a Surgical Robot Assistantrdquo IEEE
International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Septiembre 2011 San Francisco (EEUU)
LIBROS Y REVISTAS (2) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoControl Methodologies for Endoscope Navigation in Robotized
Laparoscopic Surgeryrdquo Research and Education in Robotics Ed Springer-Verlag (Berliacuten Heidelberg) 2010 Vol 82 pp 11-22 ISBN 978-3-642-16369
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo International Journal of Mechanics and Control (JoMaC) Ed Levrotto amp Bella (Torino Italia) 2011 Vol 12 no 1 ISSN 1590-8844
CONGRESOS NACIONALES (10) ndash POSTERS Y WORKSHOPS
Proyecto de Excelencia P07-TEP-02897
ROBOT ASISTENTE SEMIAUTOacuteNOMO DE
DOS BRAZOS PARA INTERVENCIONES DE
CIRUGIacuteA LAPAROSCOacutePICA
Enrique Bauzano Nuacutentildeez
DEPARTAMENTO DE INGENIERIacuteA DE SISTEMAS Y AUTOMAacuteTICA
UNIVERSIDAD DE MAacuteLAGA
DEFENSA DE TESIS DOCTORAL
Directores Dr Viacutector F Muntildeoz Martiacutenez
Dra Isabel Garciacutea Morales
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
ROBOTS CAMAROacuteGRAFOS
SISTEMA ERM
VF Muntildeoz et al ldquoControl movement scheme based on
manipulability concept for a surgical robotic assistantrdquo
IEEE ICRA 2006 Orlando FL (USA)
SISTEMA AESOP
P Chatzilias et al ldquoRobotic control in hand-assisted
laparoscopic nepherctomy in humans- a pilot studyrdquo IEEE
EMBS 2004 San Francisco CA (USA)
SISTEMA LAPMAN
R Polet J Donnez ldquoUsing a Laparoscope Manipulator
(LAPMAN) in Laparoscopic Gynecological Surgeryrdquo Surgical
Technology International pp 187-191
ΜROBOT PARA
COLONOSCOPIAS
G Chen MT Pham ldquoA Semi-autonomous Micro-robotic
System for Colonoscopyrdquo IEEE International Conference
on Robotics and Biomimetics 2009 Bangkok (Tailandia)
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
ROBOTS AUTOacuteNOMOS
SISTEMA PARA EXTIRPAR TUMORES DE PECHO
V Mallapragada et al ldquoToward a Robot-Assisted Breast
Intervention Systemrdquo IEEE Transactions on Mechatronics
vol 16 no 6 2011
SISTEMA ENDOBOT
H Kang JT Wen ldquoRobotic Assistants Aid Surgeons
During Minimally Invasive Proceduresrdquo IEEE
Engineering in Medicine and Biology 2001
ΜROBOT PARA BIOPSIAS
SR Platt et al ldquoVision and Task Assistance Using
Modular Wireless In Vivo Surgical Robotsrdquo IEEE
Transactions on Biomedical Engineering 2001
IMPLANTE COCLEAR
LB Kratchman et al ldquoDesign of a Bone-Attached
Parallel Robot for Percutaneous Cochlear Implantationrdquo
IEEE Transactions on Biomedical Engineering 2011
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CONTRIBUCIONES DE LA TESIS
PRINCIPAL OBJETIVO
Desarrollo de un robot quiruacutergico que asista al cirujano de forma semiautoacutenoma y
facilite alcanzar la cirugiacutea en solitario
CONTRIBUCIONES
1 Navegacioacuten Laparoscoacutepica Control EMP para muntildeecas de actuacioacuten directa
2 Sistema de auto-guiado basado en comportamientos
3 Asistencia semiautoacutenoma a la sutura
Implantacioacuten en el sistema de dos brazos CISOBOT
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
PROBLEMA 1 NAVEGACIOacuteN ESFEacuteRICA
Base del Robot
B
Brazo Robot
Muntildeeca
Punto de
Fulcro
I
Endoscopio
Y
X
Z
Z
Y
X
Abdomen
β
α
ρ
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
NAVEGACIOacuteN ESFEacuteRICA MECANISMOS
MUNtildeECA PASIVA CENTRO DE ROTACIOacuteN REMOTO ACTUACIOacuteN DIRECTA
No ejerce fuerzas en abdomen
Incertidumbre debido a la
holgura en el trocar
No ejerce fuerzas en abdomen
(previa calibracioacuten)
Requiere instrumental especiacutefico
Mecanismo voluminoso
No requiere instrumental especiacutefico
Poco volumen ocupado
Puede ejercer fuerzas en el
abdomen
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
MUNtildeECAS ACTIVAS NAVEGACIOacuteN
1 Rotacioacuten alrededor del fulcro estimado IDesplaza el fulcro real I sobre el abdomen
2 Simulacioacuten de muntildeeca pasivaRotacioacuten de la herramienta alrededor de la muntildeeca hasta
eliminar el desplazamiento del fulcro
3 Correccioacuten del aacutengulo de altitudSeguir recorrido hasta orientar la herramienta con el
aacutengulo deseado inicialmente
I
LL-L
XI
ZI
I0
I
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
1 Equilibrio de fuerzas y pares
2 Equilibrio de pares con F y Fβ
3 Aproximacioacuten geomeacutetrica de separacioacuten eβ
4 Aacutengulo de compensacioacuten φr
MUNtildeECAS ACTIVAS ESTIMACIOacuteN DEL FULCRO
fFIX
IZsFsM
F
B
r
I I
e
0
F
A
0I
M
0
ws
F
s
)d(WrM
WF
f
f
FρFρ
FF
sinF
M
eF
re
cos
sinFr
cos
sinFF
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
MUNtildeECAS ACTIVAS ESQUEMA DE CONTROL
CONTROL EMP
CONTROL ESFEacuteRICO
CAPA-2
CAPA-3
CAPA-1Aacutengulo
deseado
Fuerzas y
Pares
CONTROL
CARTESIANO
BRAZO ROBOT
Referencia esfeacuterica pasiva
Referencia esfeacuterica activa
Referencia
articular
ESTIMADOR
DEL FULCRO
Posicioacuten
articular
Distancia Exterior
estimada
Aacutengulo actual
CONTROLADOR MUNtildeECA ACTIVA
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CAPA 3 CONTROL CARTESIANO
CONTROL CARTESIANO
Planificador
Cartesiano
+
ndash xK)(kTX r
)(kTX r
++
BRAZO
ROBOT)(1 J
)(kTr
)(F
)(kT
)(kTX
Conversioacuten
Cartesiano a Arco
recorrido
T
)(kTLr
)(kTL
Ley de Control rxr XXKJ ~)(1
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CAPA 2 CONTROL EMP
CONTROL EMP
ControlPI
Estimador del Fulcro
ndash+
Sensor de Fuerzas
2T
)( rr
)( 2kT
))(( 2kT
1dF )( 2kTFr )( 2kTr+
ndash
)( 2kTr )( 2kTLr
ndash
+
ndash
+
)( 2kTFc
)( 2kTFs)( 2kTF
)( 2kT
)( 2kTW
)( 2kTL
CAPA-3
1
221
1TI
eK
)1(
)1(
22
2
T
T
Pe
eK
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CAPA 1 CONTROL ESFEacuteRICO
CAPA-2
+ndash
L)( dd
)( rr
)(
Control PI
)( cc
Generador de
trayectorias
)( ff
)1(
11
1
1
1
1
1
1
T
T
P
TI
e
eK
eK
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
ESTABILIDAD DEL CONTROLADOR
15
20
25
15
20
25
0
02
04
06
08
1
Distancia real (cm)Distancia estimada K (cm)
05
1
15
2
05
1
15
2
0
05
1
Rigidez real (Nmm)Rigidez estimada (Nmm)
Criterio Los autovalores son inferiores a 1
2 50
Capa 1 Control Esfeacuterico Capa 2 Control EMP
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO CONTROL EMP
time (sec)fo
rce
s (N
)30
2
-2
0
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
PROBLEMA 2 PLANIFICACIOacuteN DE CAMINOS
Herramienta del
Robot
Caacutemara Herramienta del
Cirujano
Abdomen
Trayectoria
del Robot
Objetivo
Campo de Visioacuten
C
rp ro
O
GS
GC
GR
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SISTEMA DE MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
SELECTOR DE
COMPORTAMIENTOS
PLANIFICADOR
LOCAL
CORRECCIOacuteN DE
VELOCIDAD
SEGUIMIENTO
DEL CIRUJANO
pv
1v1c
2v2c
3v3c
or
1c
2c
3c
Objetivo
Trayectoria Planificada
Herramienta del Cirujano
Herramienta del Robot
sv
rv
s1+
+
+
pr
kT
Tk
kT
Tkdtcccdt
)1(332211r
)1(prp vvvrvrr
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SELECTOR DE COMPORTAMIENTOS
67
3 2
Esfera de direcciones
14
58
rv
C CY
CX
CZ
sv
vr
vs
1 2 3 4 5 6 7 8
1 A L ML L C L ML L
2 L A L ML L C L ML
3 C MC A L C MC C L
4 MC C L A MC C L C
5 C L ML L A L ML L
6 L C L ML L A L ML
7 C MC C L C MC A L
8 MC C L C MC C L A
c1
c2
c3
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 1 PLANIFICADOR LOCAL
atrFrepF
RM SMf
RM
O
RG
SG
L
l
i
repatr UU i
repatr1 FFF
0
02
0
0
2
ˆˆ11
2
nρ
F
rF
rep
fatr
f
rep
atr
rK
L
l
K
dt
m1
11
Fv
Proceso Planificador_Local
1) Localizar el punto guiacutea MR2) Calcular el objetivo asociado al punto guiacutea MfR3) Calcular la fuerza F1 =gt Velocidad del punto guiacutea v14) Calcular la velocidad en el efector final del robot
5) Ejecutar movimiento del robot
6) Si no se ha alcanzado el objetivo O con el extremo de la herramienta volver a 1)
Fin de Procedimiento
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 2 CORRECCIOacuteN DE VELOCIDAD
Recta de
Colisioacuten
CP
RG
SG
SP
rv
sv
)( cR tP)( cS tP
RP
r2 vv 2K
dc
tc
Cero Baja Media Lejos Muy Lejos
Cero Maacutex Maacutex Muy Alta Muy Alta Alta
Bajo Maacutex Muy Alta Alta Alta Media
Medio Muy Alta Alta Media Media Poca
Bastante Muy Alta Alta Media Poca Nula
Mucho Alta Media Poca Nula Nula
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 3 SEGUIMIENTO DEL CIRUJANO
GR GS
s3 vF 3B dt
m
Bs3 vv
1
3
3
Proceso Auto_Guiado
1) Calcular los pesos de cada comportamiento c1 c2 c32) Calcular las velocidades de los tres comportamientos v1 v2 v3 3) Ponderar cada velocidad con su peso sumar e integrar =gt siguiente punto del camino rp4) Ejecutar movimiento del robot
5) Si el robot no ha llegado al objetivo ro volver a 1)
Fin de Procedimiento
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
PROBLEMA 3 ASISTENCIA A LA SUTURA
EndoscopioHerramienta del
cirujano
Herramienta
auxiliar
Sujecioacuten
del hiacutegado
Escenario de Colecistectomiacutea
Protocolo
1 Elevar hiacutegado para exponer la
vesiacutecula
2 Cortar triaacutengulo de Calot y exponer
arteria y conducto ciacutesticos
3 Suturar arteria y conducto ciacutesticos
para aislar un punto intermedio
4 Cortar arteria y conducto ciacutesticos
5 Separar vesiacutecula
6 Extraer vesiacutecula del paciente
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA CONCEPTOS PREVIOS
bull Gesto Accioacuten identificable maacutes elemental de las herramientas
laparoscoacutepicas (tirar del hilo de sutura presionar tejidohellip)
bull Maniobra Secuencia de gestos que componen una actuacioacuten
definible sobre el paciente (puncioacuten corte anudadohellip)
bull Procedimiento Maniobra o secuencia de maniobras que completan
una tarea propuesta por un protocolo quiruacutergico
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA MEacuteTODO DE ROSSER (I)
Laparoscopic Suturing httpwwwyoutubecomwatchv=PmdPAVFgNXU
1 Insertar aguja y centrar Agarrar aguja
2 Presionar tejido Posicionar aguja para puncioacuten
3 Agarrar aguja tras puncioacuten Puncioacuten mediante giro de 60deg-90deg
4 Extraer aguja y tirar del hilo Soltar aguja y sostener tejido
5 Colocar aguja a la sutura Desplazar herramienta sobre el hilo
6 Mantener posicioacuten Girar 2x sentido horario
7 Tensar hilo en sentido nordeste Agarrar extremo del hilo y mantener
MANO IZQUIERDA MANO DERECHA
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA MEacuteTODO DE ROSSER (II)
Problemas
Gran cantidad de gestos entre las dos manos
Compleja sincronizacioacuten entre las herramientas laparoscoacutepicas
Solucioacuten
Asistir al cirujano manejando una herramienta con un robot
Ventajas
Menor tiempo de aprendizaje en sincronizar ambas manos
La otra mano queda libre para otras tareas no automatizables
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (I)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
S0 Inicio y preparacioacuten de sutura
S1 Insertar y centrar aguja en pantalla
S2 Coger aguja y colocar en punto de
sutura
S3 Fijar tejido
S4 Punzar tejido extraer aguja y tirar
del hilo
S5 Separar del tejido y abrir pinza
S6 Colocar aguja en pinza izquierda
S7 Posicionar aguja
S8 Rotar alrededor del hilo
S9 Tirar del hilo y cerrar nudo
S10 Acercar aguja a punto de sutura
S11 Coger ambos extremos del hilo y
tensar
S12 Coger hilo bajo pinza derecha
S13 Cambiar herramienta y cortar hilo
S14 Extraer hilo y aguja
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (II)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
T0 Comando de voz ldquoSuturardquo
T1 Robot en posicioacuten
T2 Gesto de cirujano reconocido
T3 Fuerza aplicada sobre tejido
T4 Gesto de cirujano reconocido
T5 Robot en posicioacuten
T6 Gesto de cirujano reconocido
T7 Robot en posicioacuten
T8 Gesto de cirujano reconocido
T9 Fuerza aplicada sobre el hilo
T10 Robot en posicioacuten
T11 Gesto de cirujano reconocido
T12 Robot en posicioacuten + fuerza
aplicada sobre el hilo
T13 Gesto de cirujano reconocido
T14 Robot en posicioacuten
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (III)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
Sk+1
Sk
Tk-1
Tk
Tk+1
1k
kE
1
1
k
kE
k
kE 1
k
kE
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA ASISTENTE DE ESTADOS
ASISTENTE DE ESTADOS
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
Trayectoria
Planificada
Localizacioacuten
Cirujano
Localizacioacuten
del Robot
INTERFAZ DE
VOZ
Fuerzas y
Pares
Posicioacuten
Aguja
Sentildeal de
Audio
Comando
de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
ASISTENTE DE SUTURA
Activacioacuten
Tk Estado Sk
Activacioacuten
Tk
Funciones
1) Alcanzar posicioacuten objetivo
2) Aplicar fuerza en tejidohilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
SISTEMA
ROBOT+-
1
AKoF
F
pr
MOVIMIENTO
AUTO-GUIADO
cx
or
cr r
D
DI
CONTROL
PI
++
D
-+ K
er
++
xcF
co FF
coc FFx 1
AKLey de Control
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO ASISTENCIA A LA SUTURA
Maniobra 1 Insercioacuten Maniobra 2 Puncioacuten
Maniobra 3 AnudadoManiobra 4 Corte del hilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
IMPLANTACIOacuteN PLATAFORMA CISOBOT
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Estructura Robot
Asistente
Marca 3D
Sensor de
Fuerzas
Muntildeeca Pasiva
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ENTORNO QUIRUacuteRGICO
Columna de
Laparoscopia
Tracker 3D
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Simulador de
Paciente
Herramienta del
Cirujano
Caacutemara
Laparoscoacutepica
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ARQUITECTURA DE CONTROL
SENSORES ENTORNOASISTENTE DE ESTADOS
CIRUJANO
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
BRAZOS ROBOTS
CONTROL DE
BAJO NIVEL
PACIENTE
Interaccioacute
n
Ciru
jano
Herramientas Robot
Trayectoria Planificada
Localizacioacuten Cirujano
Trayectoria ControladaLo
caliz
acioacute
n R
ob
ot
ROBOT ASISTENTE
SENSOR DE
FUERZAS
INTERFAZ DE
VOZ
Esfuerzos
Imagen Laparoscoacutepica
Contacto Robot
Aguja
Herramienta Cirujano
Activacioacuten
Sentildeal de Audio
TRACKER 3D
Comando de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
MOacuteDULO DE
VISIOacuteN
ASISTENTE
DE SUTURA Activacioacuten
Nuevo Estado
Nuevo Estado
ADQUISICIOacuteN
AUDIO
Voz del cirujano
Gesto Quiruacutergico
SIST
EMA
TOLE
RA
NTE
AFA
LLO
S
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT SISTEMA TOLERANTE A FALLOS
Evento Deteccioacuten Actuacioacuten
Fallo Hardware - Sentildeal de Fallo Hardware Parar el sistema
Colisioacuten entre brazos - Anaacutelisis de Colisioacuten cinemaacuteticaParar brazo de la caacutemara
mientras haya riesgo
Colisioacuten con herramienta
del cirujano
- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano cerca del robotParar robot mientras haya riesgo
Colisioacuten con tejidooacuterganos- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano lejos del robotExtraer herramienta del robot
Fallo de sensores- Medicioacuten anoacutemala y constante
independiente de la actuacioacuten
Mensaje de alerta y parar si
persiste
0 2 4 6 8 10 12 14 16 180
20
40
60
80
100
Dis
tan
cia
s (
mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18-10
-5
0
5
10
15
20
Tiempo (segundos)
Fu
erz
as (
N)
Fx
Fy
Fz
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200
20
40
60
80
100
Dis
tan
cia
s (
mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20-20
-15
-10
-5
0
5
10
Tiempo (segundos)
Fu
erz
as (
N)
Fx
Fy
Fz
Co
lisioacute
n c
on
herr
am
ien
ta
Colisioacuten con tejido
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT EXPERIMENTOS PROPUESTOS
1 Movimiento esfeacuterico mediante la aplicacioacuten del control EMP
2 Movimiento auto-guiado con la herramienta del cirujano en
movimiento
3 Procedimiento de sutura Insercioacuten Puncioacuten Anudado y Corte
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 1 MOVIMIENTO ESFEacuteRICO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 2 MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (I)
Maniobra 1 Insercioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (II)
Maniobra 2 Puncioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (III)
Maniobra 3 Anudado
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (IV)
Maniobra 4 Corte del Hilo
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CONCLUSIONES
El gran esfuerzo investigador en torno a la roboacutetica quiruacutergica la destaca
como una herramienta de gran utilidad en cirugiacutea laparoscoacutepica
Tres grupos de robots quiruacutergicos tele-manipuladores camaroacutegrafos y
sistemas autoacutenomos
En un punto intermedio los robots semiautoacutenomos se perfilan como los
candidatos para la cirugiacutea en solitario
Contribuciones de esta tesis para los robots semiautoacutenomos
1 Movimiento esfeacuterico del instrumental mediante muntildeecas activas
2 Sistema auto-guiado para la planificacioacuten de movimientos en el interior
de la cavidad abdominal
3 Asistencia semiautoacutenoma al procedimiento laparoscoacutepico de sutura
Implantacioacuten de las contribuciones en el prototipo CISOBOT
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
LIacuteNEAS DE INVESTIGACIOacuteN FUTURAS
Ampliar la asistencia al cirujano en otros procedimientos ademaacutes de la
sutura corte transporte agarrehellip
Modelar complicaciones producidas con mayor frecuencia durante la
ejecucioacuten de los procedimientos anteriores (error en corte limpieza de
sangradohellip)
Modificar el robot para manejar instrumental a traveacutes de un solo orificio en
teacutecnicas SILS (Single Input Laparoscopic Surgery)
Eliminar la hipoacutetesis de herramientas riacutegidas para mejorar la localizacioacuten del
punto de fulcro e interaccioacuten con el cirujano y el paciente
Cambiar el modo secuencial del diagrama de estados de la sutura para
permitir una interaccioacuten simultaacutenea con el cirujano
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
APORTACIONES CIENTIacuteFICAS
CONGRESOS INTERNACIONALES (6) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoActive Wrists Endoscope Navigation in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Mechatronics (ICM) Abril 2009 Maacutelaga (Espantildea) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoThree-Layer Control for Active Wrists in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU) B Estebanez G Jimeacutenez VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales E Bauzano J Molina ldquoMinimally Invasive Surgery Maneuver
Recognition Based on Surgeon Modelrdquo IEEE International Congerence on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU)
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo IEEE International Workshop on Robotics in Alpe-Adria-Danube Region (RAAD) Junio 2010 Budapest (Hungriacutea)
Premio al mejor artiacuteculo de estudiante (Best Paper Award) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoAuto-Guided Movements on Minimally Invasive Surgery for Surgeon Assistancerdquo
IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2010 Taipei (Taiwaacuten) B Estebanez E Bauzano VF Muntildeoz ldquoSurgical Tools Pose Estimation for a Multimodal HMI of a Surgical Robot Assistantrdquo IEEE
International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Septiembre 2011 San Francisco (EEUU)
LIBROS Y REVISTAS (2) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoControl Methodologies for Endoscope Navigation in Robotized
Laparoscopic Surgeryrdquo Research and Education in Robotics Ed Springer-Verlag (Berliacuten Heidelberg) 2010 Vol 82 pp 11-22 ISBN 978-3-642-16369
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo International Journal of Mechanics and Control (JoMaC) Ed Levrotto amp Bella (Torino Italia) 2011 Vol 12 no 1 ISSN 1590-8844
CONGRESOS NACIONALES (10) ndash POSTERS Y WORKSHOPS
Proyecto de Excelencia P07-TEP-02897
ROBOT ASISTENTE SEMIAUTOacuteNOMO DE
DOS BRAZOS PARA INTERVENCIONES DE
CIRUGIacuteA LAPAROSCOacutePICA
Enrique Bauzano Nuacutentildeez
DEPARTAMENTO DE INGENIERIacuteA DE SISTEMAS Y AUTOMAacuteTICA
UNIVERSIDAD DE MAacuteLAGA
DEFENSA DE TESIS DOCTORAL
Directores Dr Viacutector F Muntildeoz Martiacutenez
Dra Isabel Garciacutea Morales
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
ROBOTS AUTOacuteNOMOS
SISTEMA PARA EXTIRPAR TUMORES DE PECHO
V Mallapragada et al ldquoToward a Robot-Assisted Breast
Intervention Systemrdquo IEEE Transactions on Mechatronics
vol 16 no 6 2011
SISTEMA ENDOBOT
H Kang JT Wen ldquoRobotic Assistants Aid Surgeons
During Minimally Invasive Proceduresrdquo IEEE
Engineering in Medicine and Biology 2001
ΜROBOT PARA BIOPSIAS
SR Platt et al ldquoVision and Task Assistance Using
Modular Wireless In Vivo Surgical Robotsrdquo IEEE
Transactions on Biomedical Engineering 2001
IMPLANTE COCLEAR
LB Kratchman et al ldquoDesign of a Bone-Attached
Parallel Robot for Percutaneous Cochlear Implantationrdquo
IEEE Transactions on Biomedical Engineering 2011
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CONTRIBUCIONES DE LA TESIS
PRINCIPAL OBJETIVO
Desarrollo de un robot quiruacutergico que asista al cirujano de forma semiautoacutenoma y
facilite alcanzar la cirugiacutea en solitario
CONTRIBUCIONES
1 Navegacioacuten Laparoscoacutepica Control EMP para muntildeecas de actuacioacuten directa
2 Sistema de auto-guiado basado en comportamientos
3 Asistencia semiautoacutenoma a la sutura
Implantacioacuten en el sistema de dos brazos CISOBOT
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
PROBLEMA 1 NAVEGACIOacuteN ESFEacuteRICA
Base del Robot
B
Brazo Robot
Muntildeeca
Punto de
Fulcro
I
Endoscopio
Y
X
Z
Z
Y
X
Abdomen
β
α
ρ
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
NAVEGACIOacuteN ESFEacuteRICA MECANISMOS
MUNtildeECA PASIVA CENTRO DE ROTACIOacuteN REMOTO ACTUACIOacuteN DIRECTA
No ejerce fuerzas en abdomen
Incertidumbre debido a la
holgura en el trocar
No ejerce fuerzas en abdomen
(previa calibracioacuten)
Requiere instrumental especiacutefico
Mecanismo voluminoso
No requiere instrumental especiacutefico
Poco volumen ocupado
Puede ejercer fuerzas en el
abdomen
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
MUNtildeECAS ACTIVAS NAVEGACIOacuteN
1 Rotacioacuten alrededor del fulcro estimado IDesplaza el fulcro real I sobre el abdomen
2 Simulacioacuten de muntildeeca pasivaRotacioacuten de la herramienta alrededor de la muntildeeca hasta
eliminar el desplazamiento del fulcro
3 Correccioacuten del aacutengulo de altitudSeguir recorrido hasta orientar la herramienta con el
aacutengulo deseado inicialmente
I
LL-L
XI
ZI
I0
I
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
1 Equilibrio de fuerzas y pares
2 Equilibrio de pares con F y Fβ
3 Aproximacioacuten geomeacutetrica de separacioacuten eβ
4 Aacutengulo de compensacioacuten φr
MUNtildeECAS ACTIVAS ESTIMACIOacuteN DEL FULCRO
fFIX
IZsFsM
F
B
r
I I
e
0
F
A
0I
M
0
ws
F
s
)d(WrM
WF
f
f
FρFρ
FF
sinF
M
eF
re
cos
sinFr
cos
sinFF
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
MUNtildeECAS ACTIVAS ESQUEMA DE CONTROL
CONTROL EMP
CONTROL ESFEacuteRICO
CAPA-2
CAPA-3
CAPA-1Aacutengulo
deseado
Fuerzas y
Pares
CONTROL
CARTESIANO
BRAZO ROBOT
Referencia esfeacuterica pasiva
Referencia esfeacuterica activa
Referencia
articular
ESTIMADOR
DEL FULCRO
Posicioacuten
articular
Distancia Exterior
estimada
Aacutengulo actual
CONTROLADOR MUNtildeECA ACTIVA
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CAPA 3 CONTROL CARTESIANO
CONTROL CARTESIANO
Planificador
Cartesiano
+
ndash xK)(kTX r
)(kTX r
++
BRAZO
ROBOT)(1 J
)(kTr
)(F
)(kT
)(kTX
Conversioacuten
Cartesiano a Arco
recorrido
T
)(kTLr
)(kTL
Ley de Control rxr XXKJ ~)(1
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CAPA 2 CONTROL EMP
CONTROL EMP
ControlPI
Estimador del Fulcro
ndash+
Sensor de Fuerzas
2T
)( rr
)( 2kT
))(( 2kT
1dF )( 2kTFr )( 2kTr+
ndash
)( 2kTr )( 2kTLr
ndash
+
ndash
+
)( 2kTFc
)( 2kTFs)( 2kTF
)( 2kT
)( 2kTW
)( 2kTL
CAPA-3
1
221
1TI
eK
)1(
)1(
22
2
T
T
Pe
eK
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CAPA 1 CONTROL ESFEacuteRICO
CAPA-2
+ndash
L)( dd
)( rr
)(
Control PI
)( cc
Generador de
trayectorias
)( ff
)1(
11
1
1
1
1
1
1
T
T
P
TI
e
eK
eK
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
ESTABILIDAD DEL CONTROLADOR
15
20
25
15
20
25
0
02
04
06
08
1
Distancia real (cm)Distancia estimada K (cm)
05
1
15
2
05
1
15
2
0
05
1
Rigidez real (Nmm)Rigidez estimada (Nmm)
Criterio Los autovalores son inferiores a 1
2 50
Capa 1 Control Esfeacuterico Capa 2 Control EMP
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO CONTROL EMP
time (sec)fo
rce
s (N
)30
2
-2
0
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
PROBLEMA 2 PLANIFICACIOacuteN DE CAMINOS
Herramienta del
Robot
Caacutemara Herramienta del
Cirujano
Abdomen
Trayectoria
del Robot
Objetivo
Campo de Visioacuten
C
rp ro
O
GS
GC
GR
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SISTEMA DE MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
SELECTOR DE
COMPORTAMIENTOS
PLANIFICADOR
LOCAL
CORRECCIOacuteN DE
VELOCIDAD
SEGUIMIENTO
DEL CIRUJANO
pv
1v1c
2v2c
3v3c
or
1c
2c
3c
Objetivo
Trayectoria Planificada
Herramienta del Cirujano
Herramienta del Robot
sv
rv
s1+
+
+
pr
kT
Tk
kT
Tkdtcccdt
)1(332211r
)1(prp vvvrvrr
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SELECTOR DE COMPORTAMIENTOS
67
3 2
Esfera de direcciones
14
58
rv
C CY
CX
CZ
sv
vr
vs
1 2 3 4 5 6 7 8
1 A L ML L C L ML L
2 L A L ML L C L ML
3 C MC A L C MC C L
4 MC C L A MC C L C
5 C L ML L A L ML L
6 L C L ML L A L ML
7 C MC C L C MC A L
8 MC C L C MC C L A
c1
c2
c3
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 1 PLANIFICADOR LOCAL
atrFrepF
RM SMf
RM
O
RG
SG
L
l
i
repatr UU i
repatr1 FFF
0
02
0
0
2
ˆˆ11
2
nρ
F
rF
rep
fatr
f
rep
atr
rK
L
l
K
dt
m1
11
Fv
Proceso Planificador_Local
1) Localizar el punto guiacutea MR2) Calcular el objetivo asociado al punto guiacutea MfR3) Calcular la fuerza F1 =gt Velocidad del punto guiacutea v14) Calcular la velocidad en el efector final del robot
5) Ejecutar movimiento del robot
6) Si no se ha alcanzado el objetivo O con el extremo de la herramienta volver a 1)
Fin de Procedimiento
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 2 CORRECCIOacuteN DE VELOCIDAD
Recta de
Colisioacuten
CP
RG
SG
SP
rv
sv
)( cR tP)( cS tP
RP
r2 vv 2K
dc
tc
Cero Baja Media Lejos Muy Lejos
Cero Maacutex Maacutex Muy Alta Muy Alta Alta
Bajo Maacutex Muy Alta Alta Alta Media
Medio Muy Alta Alta Media Media Poca
Bastante Muy Alta Alta Media Poca Nula
Mucho Alta Media Poca Nula Nula
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 3 SEGUIMIENTO DEL CIRUJANO
GR GS
s3 vF 3B dt
m
Bs3 vv
1
3
3
Proceso Auto_Guiado
1) Calcular los pesos de cada comportamiento c1 c2 c32) Calcular las velocidades de los tres comportamientos v1 v2 v3 3) Ponderar cada velocidad con su peso sumar e integrar =gt siguiente punto del camino rp4) Ejecutar movimiento del robot
5) Si el robot no ha llegado al objetivo ro volver a 1)
Fin de Procedimiento
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
PROBLEMA 3 ASISTENCIA A LA SUTURA
EndoscopioHerramienta del
cirujano
Herramienta
auxiliar
Sujecioacuten
del hiacutegado
Escenario de Colecistectomiacutea
Protocolo
1 Elevar hiacutegado para exponer la
vesiacutecula
2 Cortar triaacutengulo de Calot y exponer
arteria y conducto ciacutesticos
3 Suturar arteria y conducto ciacutesticos
para aislar un punto intermedio
4 Cortar arteria y conducto ciacutesticos
5 Separar vesiacutecula
6 Extraer vesiacutecula del paciente
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA CONCEPTOS PREVIOS
bull Gesto Accioacuten identificable maacutes elemental de las herramientas
laparoscoacutepicas (tirar del hilo de sutura presionar tejidohellip)
bull Maniobra Secuencia de gestos que componen una actuacioacuten
definible sobre el paciente (puncioacuten corte anudadohellip)
bull Procedimiento Maniobra o secuencia de maniobras que completan
una tarea propuesta por un protocolo quiruacutergico
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA MEacuteTODO DE ROSSER (I)
Laparoscopic Suturing httpwwwyoutubecomwatchv=PmdPAVFgNXU
1 Insertar aguja y centrar Agarrar aguja
2 Presionar tejido Posicionar aguja para puncioacuten
3 Agarrar aguja tras puncioacuten Puncioacuten mediante giro de 60deg-90deg
4 Extraer aguja y tirar del hilo Soltar aguja y sostener tejido
5 Colocar aguja a la sutura Desplazar herramienta sobre el hilo
6 Mantener posicioacuten Girar 2x sentido horario
7 Tensar hilo en sentido nordeste Agarrar extremo del hilo y mantener
MANO IZQUIERDA MANO DERECHA
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA MEacuteTODO DE ROSSER (II)
Problemas
Gran cantidad de gestos entre las dos manos
Compleja sincronizacioacuten entre las herramientas laparoscoacutepicas
Solucioacuten
Asistir al cirujano manejando una herramienta con un robot
Ventajas
Menor tiempo de aprendizaje en sincronizar ambas manos
La otra mano queda libre para otras tareas no automatizables
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (I)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
S0 Inicio y preparacioacuten de sutura
S1 Insertar y centrar aguja en pantalla
S2 Coger aguja y colocar en punto de
sutura
S3 Fijar tejido
S4 Punzar tejido extraer aguja y tirar
del hilo
S5 Separar del tejido y abrir pinza
S6 Colocar aguja en pinza izquierda
S7 Posicionar aguja
S8 Rotar alrededor del hilo
S9 Tirar del hilo y cerrar nudo
S10 Acercar aguja a punto de sutura
S11 Coger ambos extremos del hilo y
tensar
S12 Coger hilo bajo pinza derecha
S13 Cambiar herramienta y cortar hilo
S14 Extraer hilo y aguja
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (II)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
T0 Comando de voz ldquoSuturardquo
T1 Robot en posicioacuten
T2 Gesto de cirujano reconocido
T3 Fuerza aplicada sobre tejido
T4 Gesto de cirujano reconocido
T5 Robot en posicioacuten
T6 Gesto de cirujano reconocido
T7 Robot en posicioacuten
T8 Gesto de cirujano reconocido
T9 Fuerza aplicada sobre el hilo
T10 Robot en posicioacuten
T11 Gesto de cirujano reconocido
T12 Robot en posicioacuten + fuerza
aplicada sobre el hilo
T13 Gesto de cirujano reconocido
T14 Robot en posicioacuten
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (III)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
Sk+1
Sk
Tk-1
Tk
Tk+1
1k
kE
1
1
k
kE
k
kE 1
k
kE
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA ASISTENTE DE ESTADOS
ASISTENTE DE ESTADOS
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
Trayectoria
Planificada
Localizacioacuten
Cirujano
Localizacioacuten
del Robot
INTERFAZ DE
VOZ
Fuerzas y
Pares
Posicioacuten
Aguja
Sentildeal de
Audio
Comando
de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
ASISTENTE DE SUTURA
Activacioacuten
Tk Estado Sk
Activacioacuten
Tk
Funciones
1) Alcanzar posicioacuten objetivo
2) Aplicar fuerza en tejidohilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
SISTEMA
ROBOT+-
1
AKoF
F
pr
MOVIMIENTO
AUTO-GUIADO
cx
or
cr r
D
DI
CONTROL
PI
++
D
-+ K
er
++
xcF
co FF
coc FFx 1
AKLey de Control
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO ASISTENCIA A LA SUTURA
Maniobra 1 Insercioacuten Maniobra 2 Puncioacuten
Maniobra 3 AnudadoManiobra 4 Corte del hilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
IMPLANTACIOacuteN PLATAFORMA CISOBOT
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Estructura Robot
Asistente
Marca 3D
Sensor de
Fuerzas
Muntildeeca Pasiva
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ENTORNO QUIRUacuteRGICO
Columna de
Laparoscopia
Tracker 3D
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Simulador de
Paciente
Herramienta del
Cirujano
Caacutemara
Laparoscoacutepica
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ARQUITECTURA DE CONTROL
SENSORES ENTORNOASISTENTE DE ESTADOS
CIRUJANO
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
BRAZOS ROBOTS
CONTROL DE
BAJO NIVEL
PACIENTE
Interaccioacute
n
Ciru
jano
Herramientas Robot
Trayectoria Planificada
Localizacioacuten Cirujano
Trayectoria ControladaLo
caliz
acioacute
n R
ob
ot
ROBOT ASISTENTE
SENSOR DE
FUERZAS
INTERFAZ DE
VOZ
Esfuerzos
Imagen Laparoscoacutepica
Contacto Robot
Aguja
Herramienta Cirujano
Activacioacuten
Sentildeal de Audio
TRACKER 3D
Comando de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
MOacuteDULO DE
VISIOacuteN
ASISTENTE
DE SUTURA Activacioacuten
Nuevo Estado
Nuevo Estado
ADQUISICIOacuteN
AUDIO
Voz del cirujano
Gesto Quiruacutergico
SIST
EMA
TOLE
RA
NTE
AFA
LLO
S
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT SISTEMA TOLERANTE A FALLOS
Evento Deteccioacuten Actuacioacuten
Fallo Hardware - Sentildeal de Fallo Hardware Parar el sistema
Colisioacuten entre brazos - Anaacutelisis de Colisioacuten cinemaacuteticaParar brazo de la caacutemara
mientras haya riesgo
Colisioacuten con herramienta
del cirujano
- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano cerca del robotParar robot mientras haya riesgo
Colisioacuten con tejidooacuterganos- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano lejos del robotExtraer herramienta del robot
Fallo de sensores- Medicioacuten anoacutemala y constante
independiente de la actuacioacuten
Mensaje de alerta y parar si
persiste
0 2 4 6 8 10 12 14 16 180
20
40
60
80
100
Dis
tan
cia
s (
mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18-10
-5
0
5
10
15
20
Tiempo (segundos)
Fu
erz
as (
N)
Fx
Fy
Fz
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200
20
40
60
80
100
Dis
tan
cia
s (
mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20-20
-15
-10
-5
0
5
10
Tiempo (segundos)
Fu
erz
as (
N)
Fx
Fy
Fz
Co
lisioacute
n c
on
herr
am
ien
ta
Colisioacuten con tejido
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT EXPERIMENTOS PROPUESTOS
1 Movimiento esfeacuterico mediante la aplicacioacuten del control EMP
2 Movimiento auto-guiado con la herramienta del cirujano en
movimiento
3 Procedimiento de sutura Insercioacuten Puncioacuten Anudado y Corte
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 1 MOVIMIENTO ESFEacuteRICO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 2 MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (I)
Maniobra 1 Insercioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (II)
Maniobra 2 Puncioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (III)
Maniobra 3 Anudado
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (IV)
Maniobra 4 Corte del Hilo
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CONCLUSIONES
El gran esfuerzo investigador en torno a la roboacutetica quiruacutergica la destaca
como una herramienta de gran utilidad en cirugiacutea laparoscoacutepica
Tres grupos de robots quiruacutergicos tele-manipuladores camaroacutegrafos y
sistemas autoacutenomos
En un punto intermedio los robots semiautoacutenomos se perfilan como los
candidatos para la cirugiacutea en solitario
Contribuciones de esta tesis para los robots semiautoacutenomos
1 Movimiento esfeacuterico del instrumental mediante muntildeecas activas
2 Sistema auto-guiado para la planificacioacuten de movimientos en el interior
de la cavidad abdominal
3 Asistencia semiautoacutenoma al procedimiento laparoscoacutepico de sutura
Implantacioacuten de las contribuciones en el prototipo CISOBOT
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
LIacuteNEAS DE INVESTIGACIOacuteN FUTURAS
Ampliar la asistencia al cirujano en otros procedimientos ademaacutes de la
sutura corte transporte agarrehellip
Modelar complicaciones producidas con mayor frecuencia durante la
ejecucioacuten de los procedimientos anteriores (error en corte limpieza de
sangradohellip)
Modificar el robot para manejar instrumental a traveacutes de un solo orificio en
teacutecnicas SILS (Single Input Laparoscopic Surgery)
Eliminar la hipoacutetesis de herramientas riacutegidas para mejorar la localizacioacuten del
punto de fulcro e interaccioacuten con el cirujano y el paciente
Cambiar el modo secuencial del diagrama de estados de la sutura para
permitir una interaccioacuten simultaacutenea con el cirujano
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
APORTACIONES CIENTIacuteFICAS
CONGRESOS INTERNACIONALES (6) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoActive Wrists Endoscope Navigation in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Mechatronics (ICM) Abril 2009 Maacutelaga (Espantildea) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoThree-Layer Control for Active Wrists in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU) B Estebanez G Jimeacutenez VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales E Bauzano J Molina ldquoMinimally Invasive Surgery Maneuver
Recognition Based on Surgeon Modelrdquo IEEE International Congerence on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU)
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo IEEE International Workshop on Robotics in Alpe-Adria-Danube Region (RAAD) Junio 2010 Budapest (Hungriacutea)
Premio al mejor artiacuteculo de estudiante (Best Paper Award) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoAuto-Guided Movements on Minimally Invasive Surgery for Surgeon Assistancerdquo
IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2010 Taipei (Taiwaacuten) B Estebanez E Bauzano VF Muntildeoz ldquoSurgical Tools Pose Estimation for a Multimodal HMI of a Surgical Robot Assistantrdquo IEEE
International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Septiembre 2011 San Francisco (EEUU)
LIBROS Y REVISTAS (2) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoControl Methodologies for Endoscope Navigation in Robotized
Laparoscopic Surgeryrdquo Research and Education in Robotics Ed Springer-Verlag (Berliacuten Heidelberg) 2010 Vol 82 pp 11-22 ISBN 978-3-642-16369
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo International Journal of Mechanics and Control (JoMaC) Ed Levrotto amp Bella (Torino Italia) 2011 Vol 12 no 1 ISSN 1590-8844
CONGRESOS NACIONALES (10) ndash POSTERS Y WORKSHOPS
Proyecto de Excelencia P07-TEP-02897
ROBOT ASISTENTE SEMIAUTOacuteNOMO DE
DOS BRAZOS PARA INTERVENCIONES DE
CIRUGIacuteA LAPAROSCOacutePICA
Enrique Bauzano Nuacutentildeez
DEPARTAMENTO DE INGENIERIacuteA DE SISTEMAS Y AUTOMAacuteTICA
UNIVERSIDAD DE MAacuteLAGA
DEFENSA DE TESIS DOCTORAL
Directores Dr Viacutector F Muntildeoz Martiacutenez
Dra Isabel Garciacutea Morales
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CONTRIBUCIONES DE LA TESIS
PRINCIPAL OBJETIVO
Desarrollo de un robot quiruacutergico que asista al cirujano de forma semiautoacutenoma y
facilite alcanzar la cirugiacutea en solitario
CONTRIBUCIONES
1 Navegacioacuten Laparoscoacutepica Control EMP para muntildeecas de actuacioacuten directa
2 Sistema de auto-guiado basado en comportamientos
3 Asistencia semiautoacutenoma a la sutura
Implantacioacuten en el sistema de dos brazos CISOBOT
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
PROBLEMA 1 NAVEGACIOacuteN ESFEacuteRICA
Base del Robot
B
Brazo Robot
Muntildeeca
Punto de
Fulcro
I
Endoscopio
Y
X
Z
Z
Y
X
Abdomen
β
α
ρ
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
NAVEGACIOacuteN ESFEacuteRICA MECANISMOS
MUNtildeECA PASIVA CENTRO DE ROTACIOacuteN REMOTO ACTUACIOacuteN DIRECTA
No ejerce fuerzas en abdomen
Incertidumbre debido a la
holgura en el trocar
No ejerce fuerzas en abdomen
(previa calibracioacuten)
Requiere instrumental especiacutefico
Mecanismo voluminoso
No requiere instrumental especiacutefico
Poco volumen ocupado
Puede ejercer fuerzas en el
abdomen
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
MUNtildeECAS ACTIVAS NAVEGACIOacuteN
1 Rotacioacuten alrededor del fulcro estimado IDesplaza el fulcro real I sobre el abdomen
2 Simulacioacuten de muntildeeca pasivaRotacioacuten de la herramienta alrededor de la muntildeeca hasta
eliminar el desplazamiento del fulcro
3 Correccioacuten del aacutengulo de altitudSeguir recorrido hasta orientar la herramienta con el
aacutengulo deseado inicialmente
I
LL-L
XI
ZI
I0
I
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
1 Equilibrio de fuerzas y pares
2 Equilibrio de pares con F y Fβ
3 Aproximacioacuten geomeacutetrica de separacioacuten eβ
4 Aacutengulo de compensacioacuten φr
MUNtildeECAS ACTIVAS ESTIMACIOacuteN DEL FULCRO
fFIX
IZsFsM
F
B
r
I I
e
0
F
A
0I
M
0
ws
F
s
)d(WrM
WF
f
f
FρFρ
FF
sinF
M
eF
re
cos
sinFr
cos
sinFF
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
MUNtildeECAS ACTIVAS ESQUEMA DE CONTROL
CONTROL EMP
CONTROL ESFEacuteRICO
CAPA-2
CAPA-3
CAPA-1Aacutengulo
deseado
Fuerzas y
Pares
CONTROL
CARTESIANO
BRAZO ROBOT
Referencia esfeacuterica pasiva
Referencia esfeacuterica activa
Referencia
articular
ESTIMADOR
DEL FULCRO
Posicioacuten
articular
Distancia Exterior
estimada
Aacutengulo actual
CONTROLADOR MUNtildeECA ACTIVA
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CAPA 3 CONTROL CARTESIANO
CONTROL CARTESIANO
Planificador
Cartesiano
+
ndash xK)(kTX r
)(kTX r
++
BRAZO
ROBOT)(1 J
)(kTr
)(F
)(kT
)(kTX
Conversioacuten
Cartesiano a Arco
recorrido
T
)(kTLr
)(kTL
Ley de Control rxr XXKJ ~)(1
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CAPA 2 CONTROL EMP
CONTROL EMP
ControlPI
Estimador del Fulcro
ndash+
Sensor de Fuerzas
2T
)( rr
)( 2kT
))(( 2kT
1dF )( 2kTFr )( 2kTr+
ndash
)( 2kTr )( 2kTLr
ndash
+
ndash
+
)( 2kTFc
)( 2kTFs)( 2kTF
)( 2kT
)( 2kTW
)( 2kTL
CAPA-3
1
221
1TI
eK
)1(
)1(
22
2
T
T
Pe
eK
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CAPA 1 CONTROL ESFEacuteRICO
CAPA-2
+ndash
L)( dd
)( rr
)(
Control PI
)( cc
Generador de
trayectorias
)( ff
)1(
11
1
1
1
1
1
1
T
T
P
TI
e
eK
eK
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
ESTABILIDAD DEL CONTROLADOR
15
20
25
15
20
25
0
02
04
06
08
1
Distancia real (cm)Distancia estimada K (cm)
05
1
15
2
05
1
15
2
0
05
1
Rigidez real (Nmm)Rigidez estimada (Nmm)
Criterio Los autovalores son inferiores a 1
2 50
Capa 1 Control Esfeacuterico Capa 2 Control EMP
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO CONTROL EMP
time (sec)fo
rce
s (N
)30
2
-2
0
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
PROBLEMA 2 PLANIFICACIOacuteN DE CAMINOS
Herramienta del
Robot
Caacutemara Herramienta del
Cirujano
Abdomen
Trayectoria
del Robot
Objetivo
Campo de Visioacuten
C
rp ro
O
GS
GC
GR
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SISTEMA DE MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
SELECTOR DE
COMPORTAMIENTOS
PLANIFICADOR
LOCAL
CORRECCIOacuteN DE
VELOCIDAD
SEGUIMIENTO
DEL CIRUJANO
pv
1v1c
2v2c
3v3c
or
1c
2c
3c
Objetivo
Trayectoria Planificada
Herramienta del Cirujano
Herramienta del Robot
sv
rv
s1+
+
+
pr
kT
Tk
kT
Tkdtcccdt
)1(332211r
)1(prp vvvrvrr
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SELECTOR DE COMPORTAMIENTOS
67
3 2
Esfera de direcciones
14
58
rv
C CY
CX
CZ
sv
vr
vs
1 2 3 4 5 6 7 8
1 A L ML L C L ML L
2 L A L ML L C L ML
3 C MC A L C MC C L
4 MC C L A MC C L C
5 C L ML L A L ML L
6 L C L ML L A L ML
7 C MC C L C MC A L
8 MC C L C MC C L A
c1
c2
c3
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 1 PLANIFICADOR LOCAL
atrFrepF
RM SMf
RM
O
RG
SG
L
l
i
repatr UU i
repatr1 FFF
0
02
0
0
2
ˆˆ11
2
nρ
F
rF
rep
fatr
f
rep
atr
rK
L
l
K
dt
m1
11
Fv
Proceso Planificador_Local
1) Localizar el punto guiacutea MR2) Calcular el objetivo asociado al punto guiacutea MfR3) Calcular la fuerza F1 =gt Velocidad del punto guiacutea v14) Calcular la velocidad en el efector final del robot
5) Ejecutar movimiento del robot
6) Si no se ha alcanzado el objetivo O con el extremo de la herramienta volver a 1)
Fin de Procedimiento
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 2 CORRECCIOacuteN DE VELOCIDAD
Recta de
Colisioacuten
CP
RG
SG
SP
rv
sv
)( cR tP)( cS tP
RP
r2 vv 2K
dc
tc
Cero Baja Media Lejos Muy Lejos
Cero Maacutex Maacutex Muy Alta Muy Alta Alta
Bajo Maacutex Muy Alta Alta Alta Media
Medio Muy Alta Alta Media Media Poca
Bastante Muy Alta Alta Media Poca Nula
Mucho Alta Media Poca Nula Nula
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 3 SEGUIMIENTO DEL CIRUJANO
GR GS
s3 vF 3B dt
m
Bs3 vv
1
3
3
Proceso Auto_Guiado
1) Calcular los pesos de cada comportamiento c1 c2 c32) Calcular las velocidades de los tres comportamientos v1 v2 v3 3) Ponderar cada velocidad con su peso sumar e integrar =gt siguiente punto del camino rp4) Ejecutar movimiento del robot
5) Si el robot no ha llegado al objetivo ro volver a 1)
Fin de Procedimiento
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
PROBLEMA 3 ASISTENCIA A LA SUTURA
EndoscopioHerramienta del
cirujano
Herramienta
auxiliar
Sujecioacuten
del hiacutegado
Escenario de Colecistectomiacutea
Protocolo
1 Elevar hiacutegado para exponer la
vesiacutecula
2 Cortar triaacutengulo de Calot y exponer
arteria y conducto ciacutesticos
3 Suturar arteria y conducto ciacutesticos
para aislar un punto intermedio
4 Cortar arteria y conducto ciacutesticos
5 Separar vesiacutecula
6 Extraer vesiacutecula del paciente
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA CONCEPTOS PREVIOS
bull Gesto Accioacuten identificable maacutes elemental de las herramientas
laparoscoacutepicas (tirar del hilo de sutura presionar tejidohellip)
bull Maniobra Secuencia de gestos que componen una actuacioacuten
definible sobre el paciente (puncioacuten corte anudadohellip)
bull Procedimiento Maniobra o secuencia de maniobras que completan
una tarea propuesta por un protocolo quiruacutergico
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA MEacuteTODO DE ROSSER (I)
Laparoscopic Suturing httpwwwyoutubecomwatchv=PmdPAVFgNXU
1 Insertar aguja y centrar Agarrar aguja
2 Presionar tejido Posicionar aguja para puncioacuten
3 Agarrar aguja tras puncioacuten Puncioacuten mediante giro de 60deg-90deg
4 Extraer aguja y tirar del hilo Soltar aguja y sostener tejido
5 Colocar aguja a la sutura Desplazar herramienta sobre el hilo
6 Mantener posicioacuten Girar 2x sentido horario
7 Tensar hilo en sentido nordeste Agarrar extremo del hilo y mantener
MANO IZQUIERDA MANO DERECHA
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA MEacuteTODO DE ROSSER (II)
Problemas
Gran cantidad de gestos entre las dos manos
Compleja sincronizacioacuten entre las herramientas laparoscoacutepicas
Solucioacuten
Asistir al cirujano manejando una herramienta con un robot
Ventajas
Menor tiempo de aprendizaje en sincronizar ambas manos
La otra mano queda libre para otras tareas no automatizables
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (I)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
S0 Inicio y preparacioacuten de sutura
S1 Insertar y centrar aguja en pantalla
S2 Coger aguja y colocar en punto de
sutura
S3 Fijar tejido
S4 Punzar tejido extraer aguja y tirar
del hilo
S5 Separar del tejido y abrir pinza
S6 Colocar aguja en pinza izquierda
S7 Posicionar aguja
S8 Rotar alrededor del hilo
S9 Tirar del hilo y cerrar nudo
S10 Acercar aguja a punto de sutura
S11 Coger ambos extremos del hilo y
tensar
S12 Coger hilo bajo pinza derecha
S13 Cambiar herramienta y cortar hilo
S14 Extraer hilo y aguja
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (II)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
T0 Comando de voz ldquoSuturardquo
T1 Robot en posicioacuten
T2 Gesto de cirujano reconocido
T3 Fuerza aplicada sobre tejido
T4 Gesto de cirujano reconocido
T5 Robot en posicioacuten
T6 Gesto de cirujano reconocido
T7 Robot en posicioacuten
T8 Gesto de cirujano reconocido
T9 Fuerza aplicada sobre el hilo
T10 Robot en posicioacuten
T11 Gesto de cirujano reconocido
T12 Robot en posicioacuten + fuerza
aplicada sobre el hilo
T13 Gesto de cirujano reconocido
T14 Robot en posicioacuten
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (III)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
Sk+1
Sk
Tk-1
Tk
Tk+1
1k
kE
1
1
k
kE
k
kE 1
k
kE
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA ASISTENTE DE ESTADOS
ASISTENTE DE ESTADOS
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
Trayectoria
Planificada
Localizacioacuten
Cirujano
Localizacioacuten
del Robot
INTERFAZ DE
VOZ
Fuerzas y
Pares
Posicioacuten
Aguja
Sentildeal de
Audio
Comando
de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
ASISTENTE DE SUTURA
Activacioacuten
Tk Estado Sk
Activacioacuten
Tk
Funciones
1) Alcanzar posicioacuten objetivo
2) Aplicar fuerza en tejidohilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
SISTEMA
ROBOT+-
1
AKoF
F
pr
MOVIMIENTO
AUTO-GUIADO
cx
or
cr r
D
DI
CONTROL
PI
++
D
-+ K
er
++
xcF
co FF
coc FFx 1
AKLey de Control
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO ASISTENCIA A LA SUTURA
Maniobra 1 Insercioacuten Maniobra 2 Puncioacuten
Maniobra 3 AnudadoManiobra 4 Corte del hilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
IMPLANTACIOacuteN PLATAFORMA CISOBOT
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Estructura Robot
Asistente
Marca 3D
Sensor de
Fuerzas
Muntildeeca Pasiva
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ENTORNO QUIRUacuteRGICO
Columna de
Laparoscopia
Tracker 3D
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Simulador de
Paciente
Herramienta del
Cirujano
Caacutemara
Laparoscoacutepica
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ARQUITECTURA DE CONTROL
SENSORES ENTORNOASISTENTE DE ESTADOS
CIRUJANO
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
BRAZOS ROBOTS
CONTROL DE
BAJO NIVEL
PACIENTE
Interaccioacute
n
Ciru
jano
Herramientas Robot
Trayectoria Planificada
Localizacioacuten Cirujano
Trayectoria ControladaLo
caliz
acioacute
n R
ob
ot
ROBOT ASISTENTE
SENSOR DE
FUERZAS
INTERFAZ DE
VOZ
Esfuerzos
Imagen Laparoscoacutepica
Contacto Robot
Aguja
Herramienta Cirujano
Activacioacuten
Sentildeal de Audio
TRACKER 3D
Comando de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
MOacuteDULO DE
VISIOacuteN
ASISTENTE
DE SUTURA Activacioacuten
Nuevo Estado
Nuevo Estado
ADQUISICIOacuteN
AUDIO
Voz del cirujano
Gesto Quiruacutergico
SIST
EMA
TOLE
RA
NTE
AFA
LLO
S
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT SISTEMA TOLERANTE A FALLOS
Evento Deteccioacuten Actuacioacuten
Fallo Hardware - Sentildeal de Fallo Hardware Parar el sistema
Colisioacuten entre brazos - Anaacutelisis de Colisioacuten cinemaacuteticaParar brazo de la caacutemara
mientras haya riesgo
Colisioacuten con herramienta
del cirujano
- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano cerca del robotParar robot mientras haya riesgo
Colisioacuten con tejidooacuterganos- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano lejos del robotExtraer herramienta del robot
Fallo de sensores- Medicioacuten anoacutemala y constante
independiente de la actuacioacuten
Mensaje de alerta y parar si
persiste
0 2 4 6 8 10 12 14 16 180
20
40
60
80
100
Dis
tan
cia
s (
mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18-10
-5
0
5
10
15
20
Tiempo (segundos)
Fu
erz
as (
N)
Fx
Fy
Fz
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200
20
40
60
80
100
Dis
tan
cia
s (
mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20-20
-15
-10
-5
0
5
10
Tiempo (segundos)
Fu
erz
as (
N)
Fx
Fy
Fz
Co
lisioacute
n c
on
herr
am
ien
ta
Colisioacuten con tejido
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT EXPERIMENTOS PROPUESTOS
1 Movimiento esfeacuterico mediante la aplicacioacuten del control EMP
2 Movimiento auto-guiado con la herramienta del cirujano en
movimiento
3 Procedimiento de sutura Insercioacuten Puncioacuten Anudado y Corte
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 1 MOVIMIENTO ESFEacuteRICO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 2 MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (I)
Maniobra 1 Insercioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (II)
Maniobra 2 Puncioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (III)
Maniobra 3 Anudado
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (IV)
Maniobra 4 Corte del Hilo
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CONCLUSIONES
El gran esfuerzo investigador en torno a la roboacutetica quiruacutergica la destaca
como una herramienta de gran utilidad en cirugiacutea laparoscoacutepica
Tres grupos de robots quiruacutergicos tele-manipuladores camaroacutegrafos y
sistemas autoacutenomos
En un punto intermedio los robots semiautoacutenomos se perfilan como los
candidatos para la cirugiacutea en solitario
Contribuciones de esta tesis para los robots semiautoacutenomos
1 Movimiento esfeacuterico del instrumental mediante muntildeecas activas
2 Sistema auto-guiado para la planificacioacuten de movimientos en el interior
de la cavidad abdominal
3 Asistencia semiautoacutenoma al procedimiento laparoscoacutepico de sutura
Implantacioacuten de las contribuciones en el prototipo CISOBOT
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
LIacuteNEAS DE INVESTIGACIOacuteN FUTURAS
Ampliar la asistencia al cirujano en otros procedimientos ademaacutes de la
sutura corte transporte agarrehellip
Modelar complicaciones producidas con mayor frecuencia durante la
ejecucioacuten de los procedimientos anteriores (error en corte limpieza de
sangradohellip)
Modificar el robot para manejar instrumental a traveacutes de un solo orificio en
teacutecnicas SILS (Single Input Laparoscopic Surgery)
Eliminar la hipoacutetesis de herramientas riacutegidas para mejorar la localizacioacuten del
punto de fulcro e interaccioacuten con el cirujano y el paciente
Cambiar el modo secuencial del diagrama de estados de la sutura para
permitir una interaccioacuten simultaacutenea con el cirujano
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
APORTACIONES CIENTIacuteFICAS
CONGRESOS INTERNACIONALES (6) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoActive Wrists Endoscope Navigation in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Mechatronics (ICM) Abril 2009 Maacutelaga (Espantildea) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoThree-Layer Control for Active Wrists in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU) B Estebanez G Jimeacutenez VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales E Bauzano J Molina ldquoMinimally Invasive Surgery Maneuver
Recognition Based on Surgeon Modelrdquo IEEE International Congerence on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU)
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo IEEE International Workshop on Robotics in Alpe-Adria-Danube Region (RAAD) Junio 2010 Budapest (Hungriacutea)
Premio al mejor artiacuteculo de estudiante (Best Paper Award) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoAuto-Guided Movements on Minimally Invasive Surgery for Surgeon Assistancerdquo
IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2010 Taipei (Taiwaacuten) B Estebanez E Bauzano VF Muntildeoz ldquoSurgical Tools Pose Estimation for a Multimodal HMI of a Surgical Robot Assistantrdquo IEEE
International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Septiembre 2011 San Francisco (EEUU)
LIBROS Y REVISTAS (2) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoControl Methodologies for Endoscope Navigation in Robotized
Laparoscopic Surgeryrdquo Research and Education in Robotics Ed Springer-Verlag (Berliacuten Heidelberg) 2010 Vol 82 pp 11-22 ISBN 978-3-642-16369
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo International Journal of Mechanics and Control (JoMaC) Ed Levrotto amp Bella (Torino Italia) 2011 Vol 12 no 1 ISSN 1590-8844
CONGRESOS NACIONALES (10) ndash POSTERS Y WORKSHOPS
Proyecto de Excelencia P07-TEP-02897
ROBOT ASISTENTE SEMIAUTOacuteNOMO DE
DOS BRAZOS PARA INTERVENCIONES DE
CIRUGIacuteA LAPAROSCOacutePICA
Enrique Bauzano Nuacutentildeez
DEPARTAMENTO DE INGENIERIacuteA DE SISTEMAS Y AUTOMAacuteTICA
UNIVERSIDAD DE MAacuteLAGA
DEFENSA DE TESIS DOCTORAL
Directores Dr Viacutector F Muntildeoz Martiacutenez
Dra Isabel Garciacutea Morales
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
PROBLEMA 1 NAVEGACIOacuteN ESFEacuteRICA
Base del Robot
B
Brazo Robot
Muntildeeca
Punto de
Fulcro
I
Endoscopio
Y
X
Z
Z
Y
X
Abdomen
β
α
ρ
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
NAVEGACIOacuteN ESFEacuteRICA MECANISMOS
MUNtildeECA PASIVA CENTRO DE ROTACIOacuteN REMOTO ACTUACIOacuteN DIRECTA
No ejerce fuerzas en abdomen
Incertidumbre debido a la
holgura en el trocar
No ejerce fuerzas en abdomen
(previa calibracioacuten)
Requiere instrumental especiacutefico
Mecanismo voluminoso
No requiere instrumental especiacutefico
Poco volumen ocupado
Puede ejercer fuerzas en el
abdomen
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
MUNtildeECAS ACTIVAS NAVEGACIOacuteN
1 Rotacioacuten alrededor del fulcro estimado IDesplaza el fulcro real I sobre el abdomen
2 Simulacioacuten de muntildeeca pasivaRotacioacuten de la herramienta alrededor de la muntildeeca hasta
eliminar el desplazamiento del fulcro
3 Correccioacuten del aacutengulo de altitudSeguir recorrido hasta orientar la herramienta con el
aacutengulo deseado inicialmente
I
LL-L
XI
ZI
I0
I
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
1 Equilibrio de fuerzas y pares
2 Equilibrio de pares con F y Fβ
3 Aproximacioacuten geomeacutetrica de separacioacuten eβ
4 Aacutengulo de compensacioacuten φr
MUNtildeECAS ACTIVAS ESTIMACIOacuteN DEL FULCRO
fFIX
IZsFsM
F
B
r
I I
e
0
F
A
0I
M
0
ws
F
s
)d(WrM
WF
f
f
FρFρ
FF
sinF
M
eF
re
cos
sinFr
cos
sinFF
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
MUNtildeECAS ACTIVAS ESQUEMA DE CONTROL
CONTROL EMP
CONTROL ESFEacuteRICO
CAPA-2
CAPA-3
CAPA-1Aacutengulo
deseado
Fuerzas y
Pares
CONTROL
CARTESIANO
BRAZO ROBOT
Referencia esfeacuterica pasiva
Referencia esfeacuterica activa
Referencia
articular
ESTIMADOR
DEL FULCRO
Posicioacuten
articular
Distancia Exterior
estimada
Aacutengulo actual
CONTROLADOR MUNtildeECA ACTIVA
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CAPA 3 CONTROL CARTESIANO
CONTROL CARTESIANO
Planificador
Cartesiano
+
ndash xK)(kTX r
)(kTX r
++
BRAZO
ROBOT)(1 J
)(kTr
)(F
)(kT
)(kTX
Conversioacuten
Cartesiano a Arco
recorrido
T
)(kTLr
)(kTL
Ley de Control rxr XXKJ ~)(1
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CAPA 2 CONTROL EMP
CONTROL EMP
ControlPI
Estimador del Fulcro
ndash+
Sensor de Fuerzas
2T
)( rr
)( 2kT
))(( 2kT
1dF )( 2kTFr )( 2kTr+
ndash
)( 2kTr )( 2kTLr
ndash
+
ndash
+
)( 2kTFc
)( 2kTFs)( 2kTF
)( 2kT
)( 2kTW
)( 2kTL
CAPA-3
1
221
1TI
eK
)1(
)1(
22
2
T
T
Pe
eK
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CAPA 1 CONTROL ESFEacuteRICO
CAPA-2
+ndash
L)( dd
)( rr
)(
Control PI
)( cc
Generador de
trayectorias
)( ff
)1(
11
1
1
1
1
1
1
T
T
P
TI
e
eK
eK
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
ESTABILIDAD DEL CONTROLADOR
15
20
25
15
20
25
0
02
04
06
08
1
Distancia real (cm)Distancia estimada K (cm)
05
1
15
2
05
1
15
2
0
05
1
Rigidez real (Nmm)Rigidez estimada (Nmm)
Criterio Los autovalores son inferiores a 1
2 50
Capa 1 Control Esfeacuterico Capa 2 Control EMP
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO CONTROL EMP
time (sec)fo
rce
s (N
)30
2
-2
0
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
PROBLEMA 2 PLANIFICACIOacuteN DE CAMINOS
Herramienta del
Robot
Caacutemara Herramienta del
Cirujano
Abdomen
Trayectoria
del Robot
Objetivo
Campo de Visioacuten
C
rp ro
O
GS
GC
GR
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SISTEMA DE MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
SELECTOR DE
COMPORTAMIENTOS
PLANIFICADOR
LOCAL
CORRECCIOacuteN DE
VELOCIDAD
SEGUIMIENTO
DEL CIRUJANO
pv
1v1c
2v2c
3v3c
or
1c
2c
3c
Objetivo
Trayectoria Planificada
Herramienta del Cirujano
Herramienta del Robot
sv
rv
s1+
+
+
pr
kT
Tk
kT
Tkdtcccdt
)1(332211r
)1(prp vvvrvrr
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SELECTOR DE COMPORTAMIENTOS
67
3 2
Esfera de direcciones
14
58
rv
C CY
CX
CZ
sv
vr
vs
1 2 3 4 5 6 7 8
1 A L ML L C L ML L
2 L A L ML L C L ML
3 C MC A L C MC C L
4 MC C L A MC C L C
5 C L ML L A L ML L
6 L C L ML L A L ML
7 C MC C L C MC A L
8 MC C L C MC C L A
c1
c2
c3
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 1 PLANIFICADOR LOCAL
atrFrepF
RM SMf
RM
O
RG
SG
L
l
i
repatr UU i
repatr1 FFF
0
02
0
0
2
ˆˆ11
2
nρ
F
rF
rep
fatr
f
rep
atr
rK
L
l
K
dt
m1
11
Fv
Proceso Planificador_Local
1) Localizar el punto guiacutea MR2) Calcular el objetivo asociado al punto guiacutea MfR3) Calcular la fuerza F1 =gt Velocidad del punto guiacutea v14) Calcular la velocidad en el efector final del robot
5) Ejecutar movimiento del robot
6) Si no se ha alcanzado el objetivo O con el extremo de la herramienta volver a 1)
Fin de Procedimiento
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 2 CORRECCIOacuteN DE VELOCIDAD
Recta de
Colisioacuten
CP
RG
SG
SP
rv
sv
)( cR tP)( cS tP
RP
r2 vv 2K
dc
tc
Cero Baja Media Lejos Muy Lejos
Cero Maacutex Maacutex Muy Alta Muy Alta Alta
Bajo Maacutex Muy Alta Alta Alta Media
Medio Muy Alta Alta Media Media Poca
Bastante Muy Alta Alta Media Poca Nula
Mucho Alta Media Poca Nula Nula
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 3 SEGUIMIENTO DEL CIRUJANO
GR GS
s3 vF 3B dt
m
Bs3 vv
1
3
3
Proceso Auto_Guiado
1) Calcular los pesos de cada comportamiento c1 c2 c32) Calcular las velocidades de los tres comportamientos v1 v2 v3 3) Ponderar cada velocidad con su peso sumar e integrar =gt siguiente punto del camino rp4) Ejecutar movimiento del robot
5) Si el robot no ha llegado al objetivo ro volver a 1)
Fin de Procedimiento
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
PROBLEMA 3 ASISTENCIA A LA SUTURA
EndoscopioHerramienta del
cirujano
Herramienta
auxiliar
Sujecioacuten
del hiacutegado
Escenario de Colecistectomiacutea
Protocolo
1 Elevar hiacutegado para exponer la
vesiacutecula
2 Cortar triaacutengulo de Calot y exponer
arteria y conducto ciacutesticos
3 Suturar arteria y conducto ciacutesticos
para aislar un punto intermedio
4 Cortar arteria y conducto ciacutesticos
5 Separar vesiacutecula
6 Extraer vesiacutecula del paciente
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA CONCEPTOS PREVIOS
bull Gesto Accioacuten identificable maacutes elemental de las herramientas
laparoscoacutepicas (tirar del hilo de sutura presionar tejidohellip)
bull Maniobra Secuencia de gestos que componen una actuacioacuten
definible sobre el paciente (puncioacuten corte anudadohellip)
bull Procedimiento Maniobra o secuencia de maniobras que completan
una tarea propuesta por un protocolo quiruacutergico
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA MEacuteTODO DE ROSSER (I)
Laparoscopic Suturing httpwwwyoutubecomwatchv=PmdPAVFgNXU
1 Insertar aguja y centrar Agarrar aguja
2 Presionar tejido Posicionar aguja para puncioacuten
3 Agarrar aguja tras puncioacuten Puncioacuten mediante giro de 60deg-90deg
4 Extraer aguja y tirar del hilo Soltar aguja y sostener tejido
5 Colocar aguja a la sutura Desplazar herramienta sobre el hilo
6 Mantener posicioacuten Girar 2x sentido horario
7 Tensar hilo en sentido nordeste Agarrar extremo del hilo y mantener
MANO IZQUIERDA MANO DERECHA
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA MEacuteTODO DE ROSSER (II)
Problemas
Gran cantidad de gestos entre las dos manos
Compleja sincronizacioacuten entre las herramientas laparoscoacutepicas
Solucioacuten
Asistir al cirujano manejando una herramienta con un robot
Ventajas
Menor tiempo de aprendizaje en sincronizar ambas manos
La otra mano queda libre para otras tareas no automatizables
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (I)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
S0 Inicio y preparacioacuten de sutura
S1 Insertar y centrar aguja en pantalla
S2 Coger aguja y colocar en punto de
sutura
S3 Fijar tejido
S4 Punzar tejido extraer aguja y tirar
del hilo
S5 Separar del tejido y abrir pinza
S6 Colocar aguja en pinza izquierda
S7 Posicionar aguja
S8 Rotar alrededor del hilo
S9 Tirar del hilo y cerrar nudo
S10 Acercar aguja a punto de sutura
S11 Coger ambos extremos del hilo y
tensar
S12 Coger hilo bajo pinza derecha
S13 Cambiar herramienta y cortar hilo
S14 Extraer hilo y aguja
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (II)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
T0 Comando de voz ldquoSuturardquo
T1 Robot en posicioacuten
T2 Gesto de cirujano reconocido
T3 Fuerza aplicada sobre tejido
T4 Gesto de cirujano reconocido
T5 Robot en posicioacuten
T6 Gesto de cirujano reconocido
T7 Robot en posicioacuten
T8 Gesto de cirujano reconocido
T9 Fuerza aplicada sobre el hilo
T10 Robot en posicioacuten
T11 Gesto de cirujano reconocido
T12 Robot en posicioacuten + fuerza
aplicada sobre el hilo
T13 Gesto de cirujano reconocido
T14 Robot en posicioacuten
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (III)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
Sk+1
Sk
Tk-1
Tk
Tk+1
1k
kE
1
1
k
kE
k
kE 1
k
kE
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA ASISTENTE DE ESTADOS
ASISTENTE DE ESTADOS
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
Trayectoria
Planificada
Localizacioacuten
Cirujano
Localizacioacuten
del Robot
INTERFAZ DE
VOZ
Fuerzas y
Pares
Posicioacuten
Aguja
Sentildeal de
Audio
Comando
de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
ASISTENTE DE SUTURA
Activacioacuten
Tk Estado Sk
Activacioacuten
Tk
Funciones
1) Alcanzar posicioacuten objetivo
2) Aplicar fuerza en tejidohilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
SISTEMA
ROBOT+-
1
AKoF
F
pr
MOVIMIENTO
AUTO-GUIADO
cx
or
cr r
D
DI
CONTROL
PI
++
D
-+ K
er
++
xcF
co FF
coc FFx 1
AKLey de Control
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO ASISTENCIA A LA SUTURA
Maniobra 1 Insercioacuten Maniobra 2 Puncioacuten
Maniobra 3 AnudadoManiobra 4 Corte del hilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
IMPLANTACIOacuteN PLATAFORMA CISOBOT
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Estructura Robot
Asistente
Marca 3D
Sensor de
Fuerzas
Muntildeeca Pasiva
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ENTORNO QUIRUacuteRGICO
Columna de
Laparoscopia
Tracker 3D
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Simulador de
Paciente
Herramienta del
Cirujano
Caacutemara
Laparoscoacutepica
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ARQUITECTURA DE CONTROL
SENSORES ENTORNOASISTENTE DE ESTADOS
CIRUJANO
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
BRAZOS ROBOTS
CONTROL DE
BAJO NIVEL
PACIENTE
Interaccioacute
n
Ciru
jano
Herramientas Robot
Trayectoria Planificada
Localizacioacuten Cirujano
Trayectoria ControladaLo
caliz
acioacute
n R
ob
ot
ROBOT ASISTENTE
SENSOR DE
FUERZAS
INTERFAZ DE
VOZ
Esfuerzos
Imagen Laparoscoacutepica
Contacto Robot
Aguja
Herramienta Cirujano
Activacioacuten
Sentildeal de Audio
TRACKER 3D
Comando de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
MOacuteDULO DE
VISIOacuteN
ASISTENTE
DE SUTURA Activacioacuten
Nuevo Estado
Nuevo Estado
ADQUISICIOacuteN
AUDIO
Voz del cirujano
Gesto Quiruacutergico
SIST
EMA
TOLE
RA
NTE
AFA
LLO
S
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT SISTEMA TOLERANTE A FALLOS
Evento Deteccioacuten Actuacioacuten
Fallo Hardware - Sentildeal de Fallo Hardware Parar el sistema
Colisioacuten entre brazos - Anaacutelisis de Colisioacuten cinemaacuteticaParar brazo de la caacutemara
mientras haya riesgo
Colisioacuten con herramienta
del cirujano
- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano cerca del robotParar robot mientras haya riesgo
Colisioacuten con tejidooacuterganos- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano lejos del robotExtraer herramienta del robot
Fallo de sensores- Medicioacuten anoacutemala y constante
independiente de la actuacioacuten
Mensaje de alerta y parar si
persiste
0 2 4 6 8 10 12 14 16 180
20
40
60
80
100
Dis
tan
cia
s (
mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18-10
-5
0
5
10
15
20
Tiempo (segundos)
Fu
erz
as (
N)
Fx
Fy
Fz
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200
20
40
60
80
100
Dis
tan
cia
s (
mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20-20
-15
-10
-5
0
5
10
Tiempo (segundos)
Fu
erz
as (
N)
Fx
Fy
Fz
Co
lisioacute
n c
on
herr
am
ien
ta
Colisioacuten con tejido
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT EXPERIMENTOS PROPUESTOS
1 Movimiento esfeacuterico mediante la aplicacioacuten del control EMP
2 Movimiento auto-guiado con la herramienta del cirujano en
movimiento
3 Procedimiento de sutura Insercioacuten Puncioacuten Anudado y Corte
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 1 MOVIMIENTO ESFEacuteRICO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 2 MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (I)
Maniobra 1 Insercioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (II)
Maniobra 2 Puncioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (III)
Maniobra 3 Anudado
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (IV)
Maniobra 4 Corte del Hilo
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CONCLUSIONES
El gran esfuerzo investigador en torno a la roboacutetica quiruacutergica la destaca
como una herramienta de gran utilidad en cirugiacutea laparoscoacutepica
Tres grupos de robots quiruacutergicos tele-manipuladores camaroacutegrafos y
sistemas autoacutenomos
En un punto intermedio los robots semiautoacutenomos se perfilan como los
candidatos para la cirugiacutea en solitario
Contribuciones de esta tesis para los robots semiautoacutenomos
1 Movimiento esfeacuterico del instrumental mediante muntildeecas activas
2 Sistema auto-guiado para la planificacioacuten de movimientos en el interior
de la cavidad abdominal
3 Asistencia semiautoacutenoma al procedimiento laparoscoacutepico de sutura
Implantacioacuten de las contribuciones en el prototipo CISOBOT
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
LIacuteNEAS DE INVESTIGACIOacuteN FUTURAS
Ampliar la asistencia al cirujano en otros procedimientos ademaacutes de la
sutura corte transporte agarrehellip
Modelar complicaciones producidas con mayor frecuencia durante la
ejecucioacuten de los procedimientos anteriores (error en corte limpieza de
sangradohellip)
Modificar el robot para manejar instrumental a traveacutes de un solo orificio en
teacutecnicas SILS (Single Input Laparoscopic Surgery)
Eliminar la hipoacutetesis de herramientas riacutegidas para mejorar la localizacioacuten del
punto de fulcro e interaccioacuten con el cirujano y el paciente
Cambiar el modo secuencial del diagrama de estados de la sutura para
permitir una interaccioacuten simultaacutenea con el cirujano
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
APORTACIONES CIENTIacuteFICAS
CONGRESOS INTERNACIONALES (6) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoActive Wrists Endoscope Navigation in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Mechatronics (ICM) Abril 2009 Maacutelaga (Espantildea) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoThree-Layer Control for Active Wrists in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU) B Estebanez G Jimeacutenez VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales E Bauzano J Molina ldquoMinimally Invasive Surgery Maneuver
Recognition Based on Surgeon Modelrdquo IEEE International Congerence on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU)
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo IEEE International Workshop on Robotics in Alpe-Adria-Danube Region (RAAD) Junio 2010 Budapest (Hungriacutea)
Premio al mejor artiacuteculo de estudiante (Best Paper Award) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoAuto-Guided Movements on Minimally Invasive Surgery for Surgeon Assistancerdquo
IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2010 Taipei (Taiwaacuten) B Estebanez E Bauzano VF Muntildeoz ldquoSurgical Tools Pose Estimation for a Multimodal HMI of a Surgical Robot Assistantrdquo IEEE
International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Septiembre 2011 San Francisco (EEUU)
LIBROS Y REVISTAS (2) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoControl Methodologies for Endoscope Navigation in Robotized
Laparoscopic Surgeryrdquo Research and Education in Robotics Ed Springer-Verlag (Berliacuten Heidelberg) 2010 Vol 82 pp 11-22 ISBN 978-3-642-16369
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo International Journal of Mechanics and Control (JoMaC) Ed Levrotto amp Bella (Torino Italia) 2011 Vol 12 no 1 ISSN 1590-8844
CONGRESOS NACIONALES (10) ndash POSTERS Y WORKSHOPS
Proyecto de Excelencia P07-TEP-02897
ROBOT ASISTENTE SEMIAUTOacuteNOMO DE
DOS BRAZOS PARA INTERVENCIONES DE
CIRUGIacuteA LAPAROSCOacutePICA
Enrique Bauzano Nuacutentildeez
DEPARTAMENTO DE INGENIERIacuteA DE SISTEMAS Y AUTOMAacuteTICA
UNIVERSIDAD DE MAacuteLAGA
DEFENSA DE TESIS DOCTORAL
Directores Dr Viacutector F Muntildeoz Martiacutenez
Dra Isabel Garciacutea Morales
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
NAVEGACIOacuteN ESFEacuteRICA MECANISMOS
MUNtildeECA PASIVA CENTRO DE ROTACIOacuteN REMOTO ACTUACIOacuteN DIRECTA
No ejerce fuerzas en abdomen
Incertidumbre debido a la
holgura en el trocar
No ejerce fuerzas en abdomen
(previa calibracioacuten)
Requiere instrumental especiacutefico
Mecanismo voluminoso
No requiere instrumental especiacutefico
Poco volumen ocupado
Puede ejercer fuerzas en el
abdomen
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
MUNtildeECAS ACTIVAS NAVEGACIOacuteN
1 Rotacioacuten alrededor del fulcro estimado IDesplaza el fulcro real I sobre el abdomen
2 Simulacioacuten de muntildeeca pasivaRotacioacuten de la herramienta alrededor de la muntildeeca hasta
eliminar el desplazamiento del fulcro
3 Correccioacuten del aacutengulo de altitudSeguir recorrido hasta orientar la herramienta con el
aacutengulo deseado inicialmente
I
LL-L
XI
ZI
I0
I
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
1 Equilibrio de fuerzas y pares
2 Equilibrio de pares con F y Fβ
3 Aproximacioacuten geomeacutetrica de separacioacuten eβ
4 Aacutengulo de compensacioacuten φr
MUNtildeECAS ACTIVAS ESTIMACIOacuteN DEL FULCRO
fFIX
IZsFsM
F
B
r
I I
e
0
F
A
0I
M
0
ws
F
s
)d(WrM
WF
f
f
FρFρ
FF
sinF
M
eF
re
cos
sinFr
cos
sinFF
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
MUNtildeECAS ACTIVAS ESQUEMA DE CONTROL
CONTROL EMP
CONTROL ESFEacuteRICO
CAPA-2
CAPA-3
CAPA-1Aacutengulo
deseado
Fuerzas y
Pares
CONTROL
CARTESIANO
BRAZO ROBOT
Referencia esfeacuterica pasiva
Referencia esfeacuterica activa
Referencia
articular
ESTIMADOR
DEL FULCRO
Posicioacuten
articular
Distancia Exterior
estimada
Aacutengulo actual
CONTROLADOR MUNtildeECA ACTIVA
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CAPA 3 CONTROL CARTESIANO
CONTROL CARTESIANO
Planificador
Cartesiano
+
ndash xK)(kTX r
)(kTX r
++
BRAZO
ROBOT)(1 J
)(kTr
)(F
)(kT
)(kTX
Conversioacuten
Cartesiano a Arco
recorrido
T
)(kTLr
)(kTL
Ley de Control rxr XXKJ ~)(1
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CAPA 2 CONTROL EMP
CONTROL EMP
ControlPI
Estimador del Fulcro
ndash+
Sensor de Fuerzas
2T
)( rr
)( 2kT
))(( 2kT
1dF )( 2kTFr )( 2kTr+
ndash
)( 2kTr )( 2kTLr
ndash
+
ndash
+
)( 2kTFc
)( 2kTFs)( 2kTF
)( 2kT
)( 2kTW
)( 2kTL
CAPA-3
1
221
1TI
eK
)1(
)1(
22
2
T
T
Pe
eK
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CAPA 1 CONTROL ESFEacuteRICO
CAPA-2
+ndash
L)( dd
)( rr
)(
Control PI
)( cc
Generador de
trayectorias
)( ff
)1(
11
1
1
1
1
1
1
T
T
P
TI
e
eK
eK
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
ESTABILIDAD DEL CONTROLADOR
15
20
25
15
20
25
0
02
04
06
08
1
Distancia real (cm)Distancia estimada K (cm)
05
1
15
2
05
1
15
2
0
05
1
Rigidez real (Nmm)Rigidez estimada (Nmm)
Criterio Los autovalores son inferiores a 1
2 50
Capa 1 Control Esfeacuterico Capa 2 Control EMP
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO CONTROL EMP
time (sec)fo
rce
s (N
)30
2
-2
0
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
PROBLEMA 2 PLANIFICACIOacuteN DE CAMINOS
Herramienta del
Robot
Caacutemara Herramienta del
Cirujano
Abdomen
Trayectoria
del Robot
Objetivo
Campo de Visioacuten
C
rp ro
O
GS
GC
GR
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SISTEMA DE MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
SELECTOR DE
COMPORTAMIENTOS
PLANIFICADOR
LOCAL
CORRECCIOacuteN DE
VELOCIDAD
SEGUIMIENTO
DEL CIRUJANO
pv
1v1c
2v2c
3v3c
or
1c
2c
3c
Objetivo
Trayectoria Planificada
Herramienta del Cirujano
Herramienta del Robot
sv
rv
s1+
+
+
pr
kT
Tk
kT
Tkdtcccdt
)1(332211r
)1(prp vvvrvrr
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SELECTOR DE COMPORTAMIENTOS
67
3 2
Esfera de direcciones
14
58
rv
C CY
CX
CZ
sv
vr
vs
1 2 3 4 5 6 7 8
1 A L ML L C L ML L
2 L A L ML L C L ML
3 C MC A L C MC C L
4 MC C L A MC C L C
5 C L ML L A L ML L
6 L C L ML L A L ML
7 C MC C L C MC A L
8 MC C L C MC C L A
c1
c2
c3
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 1 PLANIFICADOR LOCAL
atrFrepF
RM SMf
RM
O
RG
SG
L
l
i
repatr UU i
repatr1 FFF
0
02
0
0
2
ˆˆ11
2
nρ
F
rF
rep
fatr
f
rep
atr
rK
L
l
K
dt
m1
11
Fv
Proceso Planificador_Local
1) Localizar el punto guiacutea MR2) Calcular el objetivo asociado al punto guiacutea MfR3) Calcular la fuerza F1 =gt Velocidad del punto guiacutea v14) Calcular la velocidad en el efector final del robot
5) Ejecutar movimiento del robot
6) Si no se ha alcanzado el objetivo O con el extremo de la herramienta volver a 1)
Fin de Procedimiento
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 2 CORRECCIOacuteN DE VELOCIDAD
Recta de
Colisioacuten
CP
RG
SG
SP
rv
sv
)( cR tP)( cS tP
RP
r2 vv 2K
dc
tc
Cero Baja Media Lejos Muy Lejos
Cero Maacutex Maacutex Muy Alta Muy Alta Alta
Bajo Maacutex Muy Alta Alta Alta Media
Medio Muy Alta Alta Media Media Poca
Bastante Muy Alta Alta Media Poca Nula
Mucho Alta Media Poca Nula Nula
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 3 SEGUIMIENTO DEL CIRUJANO
GR GS
s3 vF 3B dt
m
Bs3 vv
1
3
3
Proceso Auto_Guiado
1) Calcular los pesos de cada comportamiento c1 c2 c32) Calcular las velocidades de los tres comportamientos v1 v2 v3 3) Ponderar cada velocidad con su peso sumar e integrar =gt siguiente punto del camino rp4) Ejecutar movimiento del robot
5) Si el robot no ha llegado al objetivo ro volver a 1)
Fin de Procedimiento
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
PROBLEMA 3 ASISTENCIA A LA SUTURA
EndoscopioHerramienta del
cirujano
Herramienta
auxiliar
Sujecioacuten
del hiacutegado
Escenario de Colecistectomiacutea
Protocolo
1 Elevar hiacutegado para exponer la
vesiacutecula
2 Cortar triaacutengulo de Calot y exponer
arteria y conducto ciacutesticos
3 Suturar arteria y conducto ciacutesticos
para aislar un punto intermedio
4 Cortar arteria y conducto ciacutesticos
5 Separar vesiacutecula
6 Extraer vesiacutecula del paciente
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA CONCEPTOS PREVIOS
bull Gesto Accioacuten identificable maacutes elemental de las herramientas
laparoscoacutepicas (tirar del hilo de sutura presionar tejidohellip)
bull Maniobra Secuencia de gestos que componen una actuacioacuten
definible sobre el paciente (puncioacuten corte anudadohellip)
bull Procedimiento Maniobra o secuencia de maniobras que completan
una tarea propuesta por un protocolo quiruacutergico
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA MEacuteTODO DE ROSSER (I)
Laparoscopic Suturing httpwwwyoutubecomwatchv=PmdPAVFgNXU
1 Insertar aguja y centrar Agarrar aguja
2 Presionar tejido Posicionar aguja para puncioacuten
3 Agarrar aguja tras puncioacuten Puncioacuten mediante giro de 60deg-90deg
4 Extraer aguja y tirar del hilo Soltar aguja y sostener tejido
5 Colocar aguja a la sutura Desplazar herramienta sobre el hilo
6 Mantener posicioacuten Girar 2x sentido horario
7 Tensar hilo en sentido nordeste Agarrar extremo del hilo y mantener
MANO IZQUIERDA MANO DERECHA
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA MEacuteTODO DE ROSSER (II)
Problemas
Gran cantidad de gestos entre las dos manos
Compleja sincronizacioacuten entre las herramientas laparoscoacutepicas
Solucioacuten
Asistir al cirujano manejando una herramienta con un robot
Ventajas
Menor tiempo de aprendizaje en sincronizar ambas manos
La otra mano queda libre para otras tareas no automatizables
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (I)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
S0 Inicio y preparacioacuten de sutura
S1 Insertar y centrar aguja en pantalla
S2 Coger aguja y colocar en punto de
sutura
S3 Fijar tejido
S4 Punzar tejido extraer aguja y tirar
del hilo
S5 Separar del tejido y abrir pinza
S6 Colocar aguja en pinza izquierda
S7 Posicionar aguja
S8 Rotar alrededor del hilo
S9 Tirar del hilo y cerrar nudo
S10 Acercar aguja a punto de sutura
S11 Coger ambos extremos del hilo y
tensar
S12 Coger hilo bajo pinza derecha
S13 Cambiar herramienta y cortar hilo
S14 Extraer hilo y aguja
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (II)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
T0 Comando de voz ldquoSuturardquo
T1 Robot en posicioacuten
T2 Gesto de cirujano reconocido
T3 Fuerza aplicada sobre tejido
T4 Gesto de cirujano reconocido
T5 Robot en posicioacuten
T6 Gesto de cirujano reconocido
T7 Robot en posicioacuten
T8 Gesto de cirujano reconocido
T9 Fuerza aplicada sobre el hilo
T10 Robot en posicioacuten
T11 Gesto de cirujano reconocido
T12 Robot en posicioacuten + fuerza
aplicada sobre el hilo
T13 Gesto de cirujano reconocido
T14 Robot en posicioacuten
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (III)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
Sk+1
Sk
Tk-1
Tk
Tk+1
1k
kE
1
1
k
kE
k
kE 1
k
kE
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA ASISTENTE DE ESTADOS
ASISTENTE DE ESTADOS
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
Trayectoria
Planificada
Localizacioacuten
Cirujano
Localizacioacuten
del Robot
INTERFAZ DE
VOZ
Fuerzas y
Pares
Posicioacuten
Aguja
Sentildeal de
Audio
Comando
de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
ASISTENTE DE SUTURA
Activacioacuten
Tk Estado Sk
Activacioacuten
Tk
Funciones
1) Alcanzar posicioacuten objetivo
2) Aplicar fuerza en tejidohilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
SISTEMA
ROBOT+-
1
AKoF
F
pr
MOVIMIENTO
AUTO-GUIADO
cx
or
cr r
D
DI
CONTROL
PI
++
D
-+ K
er
++
xcF
co FF
coc FFx 1
AKLey de Control
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO ASISTENCIA A LA SUTURA
Maniobra 1 Insercioacuten Maniobra 2 Puncioacuten
Maniobra 3 AnudadoManiobra 4 Corte del hilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
IMPLANTACIOacuteN PLATAFORMA CISOBOT
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Estructura Robot
Asistente
Marca 3D
Sensor de
Fuerzas
Muntildeeca Pasiva
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ENTORNO QUIRUacuteRGICO
Columna de
Laparoscopia
Tracker 3D
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Simulador de
Paciente
Herramienta del
Cirujano
Caacutemara
Laparoscoacutepica
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ARQUITECTURA DE CONTROL
SENSORES ENTORNOASISTENTE DE ESTADOS
CIRUJANO
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
BRAZOS ROBOTS
CONTROL DE
BAJO NIVEL
PACIENTE
Interaccioacute
n
Ciru
jano
Herramientas Robot
Trayectoria Planificada
Localizacioacuten Cirujano
Trayectoria ControladaLo
caliz
acioacute
n R
ob
ot
ROBOT ASISTENTE
SENSOR DE
FUERZAS
INTERFAZ DE
VOZ
Esfuerzos
Imagen Laparoscoacutepica
Contacto Robot
Aguja
Herramienta Cirujano
Activacioacuten
Sentildeal de Audio
TRACKER 3D
Comando de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
MOacuteDULO DE
VISIOacuteN
ASISTENTE
DE SUTURA Activacioacuten
Nuevo Estado
Nuevo Estado
ADQUISICIOacuteN
AUDIO
Voz del cirujano
Gesto Quiruacutergico
SIST
EMA
TOLE
RA
NTE
AFA
LLO
S
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT SISTEMA TOLERANTE A FALLOS
Evento Deteccioacuten Actuacioacuten
Fallo Hardware - Sentildeal de Fallo Hardware Parar el sistema
Colisioacuten entre brazos - Anaacutelisis de Colisioacuten cinemaacuteticaParar brazo de la caacutemara
mientras haya riesgo
Colisioacuten con herramienta
del cirujano
- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano cerca del robotParar robot mientras haya riesgo
Colisioacuten con tejidooacuterganos- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano lejos del robotExtraer herramienta del robot
Fallo de sensores- Medicioacuten anoacutemala y constante
independiente de la actuacioacuten
Mensaje de alerta y parar si
persiste
0 2 4 6 8 10 12 14 16 180
20
40
60
80
100
Dis
tan
cia
s (
mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18-10
-5
0
5
10
15
20
Tiempo (segundos)
Fu
erz
as (
N)
Fx
Fy
Fz
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200
20
40
60
80
100
Dis
tan
cia
s (
mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20-20
-15
-10
-5
0
5
10
Tiempo (segundos)
Fu
erz
as (
N)
Fx
Fy
Fz
Co
lisioacute
n c
on
herr
am
ien
ta
Colisioacuten con tejido
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT EXPERIMENTOS PROPUESTOS
1 Movimiento esfeacuterico mediante la aplicacioacuten del control EMP
2 Movimiento auto-guiado con la herramienta del cirujano en
movimiento
3 Procedimiento de sutura Insercioacuten Puncioacuten Anudado y Corte
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 1 MOVIMIENTO ESFEacuteRICO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 2 MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (I)
Maniobra 1 Insercioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (II)
Maniobra 2 Puncioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (III)
Maniobra 3 Anudado
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (IV)
Maniobra 4 Corte del Hilo
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CONCLUSIONES
El gran esfuerzo investigador en torno a la roboacutetica quiruacutergica la destaca
como una herramienta de gran utilidad en cirugiacutea laparoscoacutepica
Tres grupos de robots quiruacutergicos tele-manipuladores camaroacutegrafos y
sistemas autoacutenomos
En un punto intermedio los robots semiautoacutenomos se perfilan como los
candidatos para la cirugiacutea en solitario
Contribuciones de esta tesis para los robots semiautoacutenomos
1 Movimiento esfeacuterico del instrumental mediante muntildeecas activas
2 Sistema auto-guiado para la planificacioacuten de movimientos en el interior
de la cavidad abdominal
3 Asistencia semiautoacutenoma al procedimiento laparoscoacutepico de sutura
Implantacioacuten de las contribuciones en el prototipo CISOBOT
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
LIacuteNEAS DE INVESTIGACIOacuteN FUTURAS
Ampliar la asistencia al cirujano en otros procedimientos ademaacutes de la
sutura corte transporte agarrehellip
Modelar complicaciones producidas con mayor frecuencia durante la
ejecucioacuten de los procedimientos anteriores (error en corte limpieza de
sangradohellip)
Modificar el robot para manejar instrumental a traveacutes de un solo orificio en
teacutecnicas SILS (Single Input Laparoscopic Surgery)
Eliminar la hipoacutetesis de herramientas riacutegidas para mejorar la localizacioacuten del
punto de fulcro e interaccioacuten con el cirujano y el paciente
Cambiar el modo secuencial del diagrama de estados de la sutura para
permitir una interaccioacuten simultaacutenea con el cirujano
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
APORTACIONES CIENTIacuteFICAS
CONGRESOS INTERNACIONALES (6) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoActive Wrists Endoscope Navigation in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Mechatronics (ICM) Abril 2009 Maacutelaga (Espantildea) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoThree-Layer Control for Active Wrists in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU) B Estebanez G Jimeacutenez VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales E Bauzano J Molina ldquoMinimally Invasive Surgery Maneuver
Recognition Based on Surgeon Modelrdquo IEEE International Congerence on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU)
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo IEEE International Workshop on Robotics in Alpe-Adria-Danube Region (RAAD) Junio 2010 Budapest (Hungriacutea)
Premio al mejor artiacuteculo de estudiante (Best Paper Award) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoAuto-Guided Movements on Minimally Invasive Surgery for Surgeon Assistancerdquo
IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2010 Taipei (Taiwaacuten) B Estebanez E Bauzano VF Muntildeoz ldquoSurgical Tools Pose Estimation for a Multimodal HMI of a Surgical Robot Assistantrdquo IEEE
International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Septiembre 2011 San Francisco (EEUU)
LIBROS Y REVISTAS (2) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoControl Methodologies for Endoscope Navigation in Robotized
Laparoscopic Surgeryrdquo Research and Education in Robotics Ed Springer-Verlag (Berliacuten Heidelberg) 2010 Vol 82 pp 11-22 ISBN 978-3-642-16369
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo International Journal of Mechanics and Control (JoMaC) Ed Levrotto amp Bella (Torino Italia) 2011 Vol 12 no 1 ISSN 1590-8844
CONGRESOS NACIONALES (10) ndash POSTERS Y WORKSHOPS
Proyecto de Excelencia P07-TEP-02897
ROBOT ASISTENTE SEMIAUTOacuteNOMO DE
DOS BRAZOS PARA INTERVENCIONES DE
CIRUGIacuteA LAPAROSCOacutePICA
Enrique Bauzano Nuacutentildeez
DEPARTAMENTO DE INGENIERIacuteA DE SISTEMAS Y AUTOMAacuteTICA
UNIVERSIDAD DE MAacuteLAGA
DEFENSA DE TESIS DOCTORAL
Directores Dr Viacutector F Muntildeoz Martiacutenez
Dra Isabel Garciacutea Morales
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
MUNtildeECAS ACTIVAS NAVEGACIOacuteN
1 Rotacioacuten alrededor del fulcro estimado IDesplaza el fulcro real I sobre el abdomen
2 Simulacioacuten de muntildeeca pasivaRotacioacuten de la herramienta alrededor de la muntildeeca hasta
eliminar el desplazamiento del fulcro
3 Correccioacuten del aacutengulo de altitudSeguir recorrido hasta orientar la herramienta con el
aacutengulo deseado inicialmente
I
LL-L
XI
ZI
I0
I
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
1 Equilibrio de fuerzas y pares
2 Equilibrio de pares con F y Fβ
3 Aproximacioacuten geomeacutetrica de separacioacuten eβ
4 Aacutengulo de compensacioacuten φr
MUNtildeECAS ACTIVAS ESTIMACIOacuteN DEL FULCRO
fFIX
IZsFsM
F
B
r
I I
e
0
F
A
0I
M
0
ws
F
s
)d(WrM
WF
f
f
FρFρ
FF
sinF
M
eF
re
cos
sinFr
cos
sinFF
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
MUNtildeECAS ACTIVAS ESQUEMA DE CONTROL
CONTROL EMP
CONTROL ESFEacuteRICO
CAPA-2
CAPA-3
CAPA-1Aacutengulo
deseado
Fuerzas y
Pares
CONTROL
CARTESIANO
BRAZO ROBOT
Referencia esfeacuterica pasiva
Referencia esfeacuterica activa
Referencia
articular
ESTIMADOR
DEL FULCRO
Posicioacuten
articular
Distancia Exterior
estimada
Aacutengulo actual
CONTROLADOR MUNtildeECA ACTIVA
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CAPA 3 CONTROL CARTESIANO
CONTROL CARTESIANO
Planificador
Cartesiano
+
ndash xK)(kTX r
)(kTX r
++
BRAZO
ROBOT)(1 J
)(kTr
)(F
)(kT
)(kTX
Conversioacuten
Cartesiano a Arco
recorrido
T
)(kTLr
)(kTL
Ley de Control rxr XXKJ ~)(1
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CAPA 2 CONTROL EMP
CONTROL EMP
ControlPI
Estimador del Fulcro
ndash+
Sensor de Fuerzas
2T
)( rr
)( 2kT
))(( 2kT
1dF )( 2kTFr )( 2kTr+
ndash
)( 2kTr )( 2kTLr
ndash
+
ndash
+
)( 2kTFc
)( 2kTFs)( 2kTF
)( 2kT
)( 2kTW
)( 2kTL
CAPA-3
1
221
1TI
eK
)1(
)1(
22
2
T
T
Pe
eK
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CAPA 1 CONTROL ESFEacuteRICO
CAPA-2
+ndash
L)( dd
)( rr
)(
Control PI
)( cc
Generador de
trayectorias
)( ff
)1(
11
1
1
1
1
1
1
T
T
P
TI
e
eK
eK
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
ESTABILIDAD DEL CONTROLADOR
15
20
25
15
20
25
0
02
04
06
08
1
Distancia real (cm)Distancia estimada K (cm)
05
1
15
2
05
1
15
2
0
05
1
Rigidez real (Nmm)Rigidez estimada (Nmm)
Criterio Los autovalores son inferiores a 1
2 50
Capa 1 Control Esfeacuterico Capa 2 Control EMP
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO CONTROL EMP
time (sec)fo
rce
s (N
)30
2
-2
0
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
PROBLEMA 2 PLANIFICACIOacuteN DE CAMINOS
Herramienta del
Robot
Caacutemara Herramienta del
Cirujano
Abdomen
Trayectoria
del Robot
Objetivo
Campo de Visioacuten
C
rp ro
O
GS
GC
GR
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SISTEMA DE MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
SELECTOR DE
COMPORTAMIENTOS
PLANIFICADOR
LOCAL
CORRECCIOacuteN DE
VELOCIDAD
SEGUIMIENTO
DEL CIRUJANO
pv
1v1c
2v2c
3v3c
or
1c
2c
3c
Objetivo
Trayectoria Planificada
Herramienta del Cirujano
Herramienta del Robot
sv
rv
s1+
+
+
pr
kT
Tk
kT
Tkdtcccdt
)1(332211r
)1(prp vvvrvrr
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SELECTOR DE COMPORTAMIENTOS
67
3 2
Esfera de direcciones
14
58
rv
C CY
CX
CZ
sv
vr
vs
1 2 3 4 5 6 7 8
1 A L ML L C L ML L
2 L A L ML L C L ML
3 C MC A L C MC C L
4 MC C L A MC C L C
5 C L ML L A L ML L
6 L C L ML L A L ML
7 C MC C L C MC A L
8 MC C L C MC C L A
c1
c2
c3
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 1 PLANIFICADOR LOCAL
atrFrepF
RM SMf
RM
O
RG
SG
L
l
i
repatr UU i
repatr1 FFF
0
02
0
0
2
ˆˆ11
2
nρ
F
rF
rep
fatr
f
rep
atr
rK
L
l
K
dt
m1
11
Fv
Proceso Planificador_Local
1) Localizar el punto guiacutea MR2) Calcular el objetivo asociado al punto guiacutea MfR3) Calcular la fuerza F1 =gt Velocidad del punto guiacutea v14) Calcular la velocidad en el efector final del robot
5) Ejecutar movimiento del robot
6) Si no se ha alcanzado el objetivo O con el extremo de la herramienta volver a 1)
Fin de Procedimiento
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 2 CORRECCIOacuteN DE VELOCIDAD
Recta de
Colisioacuten
CP
RG
SG
SP
rv
sv
)( cR tP)( cS tP
RP
r2 vv 2K
dc
tc
Cero Baja Media Lejos Muy Lejos
Cero Maacutex Maacutex Muy Alta Muy Alta Alta
Bajo Maacutex Muy Alta Alta Alta Media
Medio Muy Alta Alta Media Media Poca
Bastante Muy Alta Alta Media Poca Nula
Mucho Alta Media Poca Nula Nula
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 3 SEGUIMIENTO DEL CIRUJANO
GR GS
s3 vF 3B dt
m
Bs3 vv
1
3
3
Proceso Auto_Guiado
1) Calcular los pesos de cada comportamiento c1 c2 c32) Calcular las velocidades de los tres comportamientos v1 v2 v3 3) Ponderar cada velocidad con su peso sumar e integrar =gt siguiente punto del camino rp4) Ejecutar movimiento del robot
5) Si el robot no ha llegado al objetivo ro volver a 1)
Fin de Procedimiento
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
PROBLEMA 3 ASISTENCIA A LA SUTURA
EndoscopioHerramienta del
cirujano
Herramienta
auxiliar
Sujecioacuten
del hiacutegado
Escenario de Colecistectomiacutea
Protocolo
1 Elevar hiacutegado para exponer la
vesiacutecula
2 Cortar triaacutengulo de Calot y exponer
arteria y conducto ciacutesticos
3 Suturar arteria y conducto ciacutesticos
para aislar un punto intermedio
4 Cortar arteria y conducto ciacutesticos
5 Separar vesiacutecula
6 Extraer vesiacutecula del paciente
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA CONCEPTOS PREVIOS
bull Gesto Accioacuten identificable maacutes elemental de las herramientas
laparoscoacutepicas (tirar del hilo de sutura presionar tejidohellip)
bull Maniobra Secuencia de gestos que componen una actuacioacuten
definible sobre el paciente (puncioacuten corte anudadohellip)
bull Procedimiento Maniobra o secuencia de maniobras que completan
una tarea propuesta por un protocolo quiruacutergico
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA MEacuteTODO DE ROSSER (I)
Laparoscopic Suturing httpwwwyoutubecomwatchv=PmdPAVFgNXU
1 Insertar aguja y centrar Agarrar aguja
2 Presionar tejido Posicionar aguja para puncioacuten
3 Agarrar aguja tras puncioacuten Puncioacuten mediante giro de 60deg-90deg
4 Extraer aguja y tirar del hilo Soltar aguja y sostener tejido
5 Colocar aguja a la sutura Desplazar herramienta sobre el hilo
6 Mantener posicioacuten Girar 2x sentido horario
7 Tensar hilo en sentido nordeste Agarrar extremo del hilo y mantener
MANO IZQUIERDA MANO DERECHA
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA MEacuteTODO DE ROSSER (II)
Problemas
Gran cantidad de gestos entre las dos manos
Compleja sincronizacioacuten entre las herramientas laparoscoacutepicas
Solucioacuten
Asistir al cirujano manejando una herramienta con un robot
Ventajas
Menor tiempo de aprendizaje en sincronizar ambas manos
La otra mano queda libre para otras tareas no automatizables
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (I)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
S0 Inicio y preparacioacuten de sutura
S1 Insertar y centrar aguja en pantalla
S2 Coger aguja y colocar en punto de
sutura
S3 Fijar tejido
S4 Punzar tejido extraer aguja y tirar
del hilo
S5 Separar del tejido y abrir pinza
S6 Colocar aguja en pinza izquierda
S7 Posicionar aguja
S8 Rotar alrededor del hilo
S9 Tirar del hilo y cerrar nudo
S10 Acercar aguja a punto de sutura
S11 Coger ambos extremos del hilo y
tensar
S12 Coger hilo bajo pinza derecha
S13 Cambiar herramienta y cortar hilo
S14 Extraer hilo y aguja
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (II)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
T0 Comando de voz ldquoSuturardquo
T1 Robot en posicioacuten
T2 Gesto de cirujano reconocido
T3 Fuerza aplicada sobre tejido
T4 Gesto de cirujano reconocido
T5 Robot en posicioacuten
T6 Gesto de cirujano reconocido
T7 Robot en posicioacuten
T8 Gesto de cirujano reconocido
T9 Fuerza aplicada sobre el hilo
T10 Robot en posicioacuten
T11 Gesto de cirujano reconocido
T12 Robot en posicioacuten + fuerza
aplicada sobre el hilo
T13 Gesto de cirujano reconocido
T14 Robot en posicioacuten
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (III)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
Sk+1
Sk
Tk-1
Tk
Tk+1
1k
kE
1
1
k
kE
k
kE 1
k
kE
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA ASISTENTE DE ESTADOS
ASISTENTE DE ESTADOS
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
Trayectoria
Planificada
Localizacioacuten
Cirujano
Localizacioacuten
del Robot
INTERFAZ DE
VOZ
Fuerzas y
Pares
Posicioacuten
Aguja
Sentildeal de
Audio
Comando
de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
ASISTENTE DE SUTURA
Activacioacuten
Tk Estado Sk
Activacioacuten
Tk
Funciones
1) Alcanzar posicioacuten objetivo
2) Aplicar fuerza en tejidohilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
SISTEMA
ROBOT+-
1
AKoF
F
pr
MOVIMIENTO
AUTO-GUIADO
cx
or
cr r
D
DI
CONTROL
PI
++
D
-+ K
er
++
xcF
co FF
coc FFx 1
AKLey de Control
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO ASISTENCIA A LA SUTURA
Maniobra 1 Insercioacuten Maniobra 2 Puncioacuten
Maniobra 3 AnudadoManiobra 4 Corte del hilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
IMPLANTACIOacuteN PLATAFORMA CISOBOT
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Estructura Robot
Asistente
Marca 3D
Sensor de
Fuerzas
Muntildeeca Pasiva
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ENTORNO QUIRUacuteRGICO
Columna de
Laparoscopia
Tracker 3D
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Simulador de
Paciente
Herramienta del
Cirujano
Caacutemara
Laparoscoacutepica
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ARQUITECTURA DE CONTROL
SENSORES ENTORNOASISTENTE DE ESTADOS
CIRUJANO
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
BRAZOS ROBOTS
CONTROL DE
BAJO NIVEL
PACIENTE
Interaccioacute
n
Ciru
jano
Herramientas Robot
Trayectoria Planificada
Localizacioacuten Cirujano
Trayectoria ControladaLo
caliz
acioacute
n R
ob
ot
ROBOT ASISTENTE
SENSOR DE
FUERZAS
INTERFAZ DE
VOZ
Esfuerzos
Imagen Laparoscoacutepica
Contacto Robot
Aguja
Herramienta Cirujano
Activacioacuten
Sentildeal de Audio
TRACKER 3D
Comando de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
MOacuteDULO DE
VISIOacuteN
ASISTENTE
DE SUTURA Activacioacuten
Nuevo Estado
Nuevo Estado
ADQUISICIOacuteN
AUDIO
Voz del cirujano
Gesto Quiruacutergico
SIST
EMA
TOLE
RA
NTE
AFA
LLO
S
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT SISTEMA TOLERANTE A FALLOS
Evento Deteccioacuten Actuacioacuten
Fallo Hardware - Sentildeal de Fallo Hardware Parar el sistema
Colisioacuten entre brazos - Anaacutelisis de Colisioacuten cinemaacuteticaParar brazo de la caacutemara
mientras haya riesgo
Colisioacuten con herramienta
del cirujano
- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano cerca del robotParar robot mientras haya riesgo
Colisioacuten con tejidooacuterganos- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano lejos del robotExtraer herramienta del robot
Fallo de sensores- Medicioacuten anoacutemala y constante
independiente de la actuacioacuten
Mensaje de alerta y parar si
persiste
0 2 4 6 8 10 12 14 16 180
20
40
60
80
100
Dis
tan
cia
s (
mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18-10
-5
0
5
10
15
20
Tiempo (segundos)
Fu
erz
as (
N)
Fx
Fy
Fz
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200
20
40
60
80
100
Dis
tan
cia
s (
mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20-20
-15
-10
-5
0
5
10
Tiempo (segundos)
Fu
erz
as (
N)
Fx
Fy
Fz
Co
lisioacute
n c
on
herr
am
ien
ta
Colisioacuten con tejido
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT EXPERIMENTOS PROPUESTOS
1 Movimiento esfeacuterico mediante la aplicacioacuten del control EMP
2 Movimiento auto-guiado con la herramienta del cirujano en
movimiento
3 Procedimiento de sutura Insercioacuten Puncioacuten Anudado y Corte
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 1 MOVIMIENTO ESFEacuteRICO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 2 MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (I)
Maniobra 1 Insercioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (II)
Maniobra 2 Puncioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (III)
Maniobra 3 Anudado
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (IV)
Maniobra 4 Corte del Hilo
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CONCLUSIONES
El gran esfuerzo investigador en torno a la roboacutetica quiruacutergica la destaca
como una herramienta de gran utilidad en cirugiacutea laparoscoacutepica
Tres grupos de robots quiruacutergicos tele-manipuladores camaroacutegrafos y
sistemas autoacutenomos
En un punto intermedio los robots semiautoacutenomos se perfilan como los
candidatos para la cirugiacutea en solitario
Contribuciones de esta tesis para los robots semiautoacutenomos
1 Movimiento esfeacuterico del instrumental mediante muntildeecas activas
2 Sistema auto-guiado para la planificacioacuten de movimientos en el interior
de la cavidad abdominal
3 Asistencia semiautoacutenoma al procedimiento laparoscoacutepico de sutura
Implantacioacuten de las contribuciones en el prototipo CISOBOT
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
LIacuteNEAS DE INVESTIGACIOacuteN FUTURAS
Ampliar la asistencia al cirujano en otros procedimientos ademaacutes de la
sutura corte transporte agarrehellip
Modelar complicaciones producidas con mayor frecuencia durante la
ejecucioacuten de los procedimientos anteriores (error en corte limpieza de
sangradohellip)
Modificar el robot para manejar instrumental a traveacutes de un solo orificio en
teacutecnicas SILS (Single Input Laparoscopic Surgery)
Eliminar la hipoacutetesis de herramientas riacutegidas para mejorar la localizacioacuten del
punto de fulcro e interaccioacuten con el cirujano y el paciente
Cambiar el modo secuencial del diagrama de estados de la sutura para
permitir una interaccioacuten simultaacutenea con el cirujano
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
APORTACIONES CIENTIacuteFICAS
CONGRESOS INTERNACIONALES (6) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoActive Wrists Endoscope Navigation in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Mechatronics (ICM) Abril 2009 Maacutelaga (Espantildea) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoThree-Layer Control for Active Wrists in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU) B Estebanez G Jimeacutenez VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales E Bauzano J Molina ldquoMinimally Invasive Surgery Maneuver
Recognition Based on Surgeon Modelrdquo IEEE International Congerence on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU)
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo IEEE International Workshop on Robotics in Alpe-Adria-Danube Region (RAAD) Junio 2010 Budapest (Hungriacutea)
Premio al mejor artiacuteculo de estudiante (Best Paper Award) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoAuto-Guided Movements on Minimally Invasive Surgery for Surgeon Assistancerdquo
IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2010 Taipei (Taiwaacuten) B Estebanez E Bauzano VF Muntildeoz ldquoSurgical Tools Pose Estimation for a Multimodal HMI of a Surgical Robot Assistantrdquo IEEE
International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Septiembre 2011 San Francisco (EEUU)
LIBROS Y REVISTAS (2) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoControl Methodologies for Endoscope Navigation in Robotized
Laparoscopic Surgeryrdquo Research and Education in Robotics Ed Springer-Verlag (Berliacuten Heidelberg) 2010 Vol 82 pp 11-22 ISBN 978-3-642-16369
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo International Journal of Mechanics and Control (JoMaC) Ed Levrotto amp Bella (Torino Italia) 2011 Vol 12 no 1 ISSN 1590-8844
CONGRESOS NACIONALES (10) ndash POSTERS Y WORKSHOPS
Proyecto de Excelencia P07-TEP-02897
ROBOT ASISTENTE SEMIAUTOacuteNOMO DE
DOS BRAZOS PARA INTERVENCIONES DE
CIRUGIacuteA LAPAROSCOacutePICA
Enrique Bauzano Nuacutentildeez
DEPARTAMENTO DE INGENIERIacuteA DE SISTEMAS Y AUTOMAacuteTICA
UNIVERSIDAD DE MAacuteLAGA
DEFENSA DE TESIS DOCTORAL
Directores Dr Viacutector F Muntildeoz Martiacutenez
Dra Isabel Garciacutea Morales
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
1 Equilibrio de fuerzas y pares
2 Equilibrio de pares con F y Fβ
3 Aproximacioacuten geomeacutetrica de separacioacuten eβ
4 Aacutengulo de compensacioacuten φr
MUNtildeECAS ACTIVAS ESTIMACIOacuteN DEL FULCRO
fFIX
IZsFsM
F
B
r
I I
e
0
F
A
0I
M
0
ws
F
s
)d(WrM
WF
f
f
FρFρ
FF
sinF
M
eF
re
cos
sinFr
cos
sinFF
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
MUNtildeECAS ACTIVAS ESQUEMA DE CONTROL
CONTROL EMP
CONTROL ESFEacuteRICO
CAPA-2
CAPA-3
CAPA-1Aacutengulo
deseado
Fuerzas y
Pares
CONTROL
CARTESIANO
BRAZO ROBOT
Referencia esfeacuterica pasiva
Referencia esfeacuterica activa
Referencia
articular
ESTIMADOR
DEL FULCRO
Posicioacuten
articular
Distancia Exterior
estimada
Aacutengulo actual
CONTROLADOR MUNtildeECA ACTIVA
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CAPA 3 CONTROL CARTESIANO
CONTROL CARTESIANO
Planificador
Cartesiano
+
ndash xK)(kTX r
)(kTX r
++
BRAZO
ROBOT)(1 J
)(kTr
)(F
)(kT
)(kTX
Conversioacuten
Cartesiano a Arco
recorrido
T
)(kTLr
)(kTL
Ley de Control rxr XXKJ ~)(1
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CAPA 2 CONTROL EMP
CONTROL EMP
ControlPI
Estimador del Fulcro
ndash+
Sensor de Fuerzas
2T
)( rr
)( 2kT
))(( 2kT
1dF )( 2kTFr )( 2kTr+
ndash
)( 2kTr )( 2kTLr
ndash
+
ndash
+
)( 2kTFc
)( 2kTFs)( 2kTF
)( 2kT
)( 2kTW
)( 2kTL
CAPA-3
1
221
1TI
eK
)1(
)1(
22
2
T
T
Pe
eK
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CAPA 1 CONTROL ESFEacuteRICO
CAPA-2
+ndash
L)( dd
)( rr
)(
Control PI
)( cc
Generador de
trayectorias
)( ff
)1(
11
1
1
1
1
1
1
T
T
P
TI
e
eK
eK
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
ESTABILIDAD DEL CONTROLADOR
15
20
25
15
20
25
0
02
04
06
08
1
Distancia real (cm)Distancia estimada K (cm)
05
1
15
2
05
1
15
2
0
05
1
Rigidez real (Nmm)Rigidez estimada (Nmm)
Criterio Los autovalores son inferiores a 1
2 50
Capa 1 Control Esfeacuterico Capa 2 Control EMP
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO CONTROL EMP
time (sec)fo
rce
s (N
)30
2
-2
0
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
PROBLEMA 2 PLANIFICACIOacuteN DE CAMINOS
Herramienta del
Robot
Caacutemara Herramienta del
Cirujano
Abdomen
Trayectoria
del Robot
Objetivo
Campo de Visioacuten
C
rp ro
O
GS
GC
GR
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SISTEMA DE MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
SELECTOR DE
COMPORTAMIENTOS
PLANIFICADOR
LOCAL
CORRECCIOacuteN DE
VELOCIDAD
SEGUIMIENTO
DEL CIRUJANO
pv
1v1c
2v2c
3v3c
or
1c
2c
3c
Objetivo
Trayectoria Planificada
Herramienta del Cirujano
Herramienta del Robot
sv
rv
s1+
+
+
pr
kT
Tk
kT
Tkdtcccdt
)1(332211r
)1(prp vvvrvrr
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SELECTOR DE COMPORTAMIENTOS
67
3 2
Esfera de direcciones
14
58
rv
C CY
CX
CZ
sv
vr
vs
1 2 3 4 5 6 7 8
1 A L ML L C L ML L
2 L A L ML L C L ML
3 C MC A L C MC C L
4 MC C L A MC C L C
5 C L ML L A L ML L
6 L C L ML L A L ML
7 C MC C L C MC A L
8 MC C L C MC C L A
c1
c2
c3
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 1 PLANIFICADOR LOCAL
atrFrepF
RM SMf
RM
O
RG
SG
L
l
i
repatr UU i
repatr1 FFF
0
02
0
0
2
ˆˆ11
2
nρ
F
rF
rep
fatr
f
rep
atr
rK
L
l
K
dt
m1
11
Fv
Proceso Planificador_Local
1) Localizar el punto guiacutea MR2) Calcular el objetivo asociado al punto guiacutea MfR3) Calcular la fuerza F1 =gt Velocidad del punto guiacutea v14) Calcular la velocidad en el efector final del robot
5) Ejecutar movimiento del robot
6) Si no se ha alcanzado el objetivo O con el extremo de la herramienta volver a 1)
Fin de Procedimiento
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 2 CORRECCIOacuteN DE VELOCIDAD
Recta de
Colisioacuten
CP
RG
SG
SP
rv
sv
)( cR tP)( cS tP
RP
r2 vv 2K
dc
tc
Cero Baja Media Lejos Muy Lejos
Cero Maacutex Maacutex Muy Alta Muy Alta Alta
Bajo Maacutex Muy Alta Alta Alta Media
Medio Muy Alta Alta Media Media Poca
Bastante Muy Alta Alta Media Poca Nula
Mucho Alta Media Poca Nula Nula
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 3 SEGUIMIENTO DEL CIRUJANO
GR GS
s3 vF 3B dt
m
Bs3 vv
1
3
3
Proceso Auto_Guiado
1) Calcular los pesos de cada comportamiento c1 c2 c32) Calcular las velocidades de los tres comportamientos v1 v2 v3 3) Ponderar cada velocidad con su peso sumar e integrar =gt siguiente punto del camino rp4) Ejecutar movimiento del robot
5) Si el robot no ha llegado al objetivo ro volver a 1)
Fin de Procedimiento
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
PROBLEMA 3 ASISTENCIA A LA SUTURA
EndoscopioHerramienta del
cirujano
Herramienta
auxiliar
Sujecioacuten
del hiacutegado
Escenario de Colecistectomiacutea
Protocolo
1 Elevar hiacutegado para exponer la
vesiacutecula
2 Cortar triaacutengulo de Calot y exponer
arteria y conducto ciacutesticos
3 Suturar arteria y conducto ciacutesticos
para aislar un punto intermedio
4 Cortar arteria y conducto ciacutesticos
5 Separar vesiacutecula
6 Extraer vesiacutecula del paciente
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA CONCEPTOS PREVIOS
bull Gesto Accioacuten identificable maacutes elemental de las herramientas
laparoscoacutepicas (tirar del hilo de sutura presionar tejidohellip)
bull Maniobra Secuencia de gestos que componen una actuacioacuten
definible sobre el paciente (puncioacuten corte anudadohellip)
bull Procedimiento Maniobra o secuencia de maniobras que completan
una tarea propuesta por un protocolo quiruacutergico
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA MEacuteTODO DE ROSSER (I)
Laparoscopic Suturing httpwwwyoutubecomwatchv=PmdPAVFgNXU
1 Insertar aguja y centrar Agarrar aguja
2 Presionar tejido Posicionar aguja para puncioacuten
3 Agarrar aguja tras puncioacuten Puncioacuten mediante giro de 60deg-90deg
4 Extraer aguja y tirar del hilo Soltar aguja y sostener tejido
5 Colocar aguja a la sutura Desplazar herramienta sobre el hilo
6 Mantener posicioacuten Girar 2x sentido horario
7 Tensar hilo en sentido nordeste Agarrar extremo del hilo y mantener
MANO IZQUIERDA MANO DERECHA
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA MEacuteTODO DE ROSSER (II)
Problemas
Gran cantidad de gestos entre las dos manos
Compleja sincronizacioacuten entre las herramientas laparoscoacutepicas
Solucioacuten
Asistir al cirujano manejando una herramienta con un robot
Ventajas
Menor tiempo de aprendizaje en sincronizar ambas manos
La otra mano queda libre para otras tareas no automatizables
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (I)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
S0 Inicio y preparacioacuten de sutura
S1 Insertar y centrar aguja en pantalla
S2 Coger aguja y colocar en punto de
sutura
S3 Fijar tejido
S4 Punzar tejido extraer aguja y tirar
del hilo
S5 Separar del tejido y abrir pinza
S6 Colocar aguja en pinza izquierda
S7 Posicionar aguja
S8 Rotar alrededor del hilo
S9 Tirar del hilo y cerrar nudo
S10 Acercar aguja a punto de sutura
S11 Coger ambos extremos del hilo y
tensar
S12 Coger hilo bajo pinza derecha
S13 Cambiar herramienta y cortar hilo
S14 Extraer hilo y aguja
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (II)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
T0 Comando de voz ldquoSuturardquo
T1 Robot en posicioacuten
T2 Gesto de cirujano reconocido
T3 Fuerza aplicada sobre tejido
T4 Gesto de cirujano reconocido
T5 Robot en posicioacuten
T6 Gesto de cirujano reconocido
T7 Robot en posicioacuten
T8 Gesto de cirujano reconocido
T9 Fuerza aplicada sobre el hilo
T10 Robot en posicioacuten
T11 Gesto de cirujano reconocido
T12 Robot en posicioacuten + fuerza
aplicada sobre el hilo
T13 Gesto de cirujano reconocido
T14 Robot en posicioacuten
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (III)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
Sk+1
Sk
Tk-1
Tk
Tk+1
1k
kE
1
1
k
kE
k
kE 1
k
kE
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA ASISTENTE DE ESTADOS
ASISTENTE DE ESTADOS
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
Trayectoria
Planificada
Localizacioacuten
Cirujano
Localizacioacuten
del Robot
INTERFAZ DE
VOZ
Fuerzas y
Pares
Posicioacuten
Aguja
Sentildeal de
Audio
Comando
de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
ASISTENTE DE SUTURA
Activacioacuten
Tk Estado Sk
Activacioacuten
Tk
Funciones
1) Alcanzar posicioacuten objetivo
2) Aplicar fuerza en tejidohilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
SISTEMA
ROBOT+-
1
AKoF
F
pr
MOVIMIENTO
AUTO-GUIADO
cx
or
cr r
D
DI
CONTROL
PI
++
D
-+ K
er
++
xcF
co FF
coc FFx 1
AKLey de Control
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO ASISTENCIA A LA SUTURA
Maniobra 1 Insercioacuten Maniobra 2 Puncioacuten
Maniobra 3 AnudadoManiobra 4 Corte del hilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
IMPLANTACIOacuteN PLATAFORMA CISOBOT
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Estructura Robot
Asistente
Marca 3D
Sensor de
Fuerzas
Muntildeeca Pasiva
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ENTORNO QUIRUacuteRGICO
Columna de
Laparoscopia
Tracker 3D
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Simulador de
Paciente
Herramienta del
Cirujano
Caacutemara
Laparoscoacutepica
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ARQUITECTURA DE CONTROL
SENSORES ENTORNOASISTENTE DE ESTADOS
CIRUJANO
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
BRAZOS ROBOTS
CONTROL DE
BAJO NIVEL
PACIENTE
Interaccioacute
n
Ciru
jano
Herramientas Robot
Trayectoria Planificada
Localizacioacuten Cirujano
Trayectoria ControladaLo
caliz
acioacute
n R
ob
ot
ROBOT ASISTENTE
SENSOR DE
FUERZAS
INTERFAZ DE
VOZ
Esfuerzos
Imagen Laparoscoacutepica
Contacto Robot
Aguja
Herramienta Cirujano
Activacioacuten
Sentildeal de Audio
TRACKER 3D
Comando de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
MOacuteDULO DE
VISIOacuteN
ASISTENTE
DE SUTURA Activacioacuten
Nuevo Estado
Nuevo Estado
ADQUISICIOacuteN
AUDIO
Voz del cirujano
Gesto Quiruacutergico
SIST
EMA
TOLE
RA
NTE
AFA
LLO
S
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT SISTEMA TOLERANTE A FALLOS
Evento Deteccioacuten Actuacioacuten
Fallo Hardware - Sentildeal de Fallo Hardware Parar el sistema
Colisioacuten entre brazos - Anaacutelisis de Colisioacuten cinemaacuteticaParar brazo de la caacutemara
mientras haya riesgo
Colisioacuten con herramienta
del cirujano
- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano cerca del robotParar robot mientras haya riesgo
Colisioacuten con tejidooacuterganos- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano lejos del robotExtraer herramienta del robot
Fallo de sensores- Medicioacuten anoacutemala y constante
independiente de la actuacioacuten
Mensaje de alerta y parar si
persiste
0 2 4 6 8 10 12 14 16 180
20
40
60
80
100
Dis
tan
cia
s (
mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18-10
-5
0
5
10
15
20
Tiempo (segundos)
Fu
erz
as (
N)
Fx
Fy
Fz
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200
20
40
60
80
100
Dis
tan
cia
s (
mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20-20
-15
-10
-5
0
5
10
Tiempo (segundos)
Fu
erz
as (
N)
Fx
Fy
Fz
Co
lisioacute
n c
on
herr
am
ien
ta
Colisioacuten con tejido
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT EXPERIMENTOS PROPUESTOS
1 Movimiento esfeacuterico mediante la aplicacioacuten del control EMP
2 Movimiento auto-guiado con la herramienta del cirujano en
movimiento
3 Procedimiento de sutura Insercioacuten Puncioacuten Anudado y Corte
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 1 MOVIMIENTO ESFEacuteRICO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 2 MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (I)
Maniobra 1 Insercioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (II)
Maniobra 2 Puncioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (III)
Maniobra 3 Anudado
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (IV)
Maniobra 4 Corte del Hilo
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CONCLUSIONES
El gran esfuerzo investigador en torno a la roboacutetica quiruacutergica la destaca
como una herramienta de gran utilidad en cirugiacutea laparoscoacutepica
Tres grupos de robots quiruacutergicos tele-manipuladores camaroacutegrafos y
sistemas autoacutenomos
En un punto intermedio los robots semiautoacutenomos se perfilan como los
candidatos para la cirugiacutea en solitario
Contribuciones de esta tesis para los robots semiautoacutenomos
1 Movimiento esfeacuterico del instrumental mediante muntildeecas activas
2 Sistema auto-guiado para la planificacioacuten de movimientos en el interior
de la cavidad abdominal
3 Asistencia semiautoacutenoma al procedimiento laparoscoacutepico de sutura
Implantacioacuten de las contribuciones en el prototipo CISOBOT
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
LIacuteNEAS DE INVESTIGACIOacuteN FUTURAS
Ampliar la asistencia al cirujano en otros procedimientos ademaacutes de la
sutura corte transporte agarrehellip
Modelar complicaciones producidas con mayor frecuencia durante la
ejecucioacuten de los procedimientos anteriores (error en corte limpieza de
sangradohellip)
Modificar el robot para manejar instrumental a traveacutes de un solo orificio en
teacutecnicas SILS (Single Input Laparoscopic Surgery)
Eliminar la hipoacutetesis de herramientas riacutegidas para mejorar la localizacioacuten del
punto de fulcro e interaccioacuten con el cirujano y el paciente
Cambiar el modo secuencial del diagrama de estados de la sutura para
permitir una interaccioacuten simultaacutenea con el cirujano
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
APORTACIONES CIENTIacuteFICAS
CONGRESOS INTERNACIONALES (6) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoActive Wrists Endoscope Navigation in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Mechatronics (ICM) Abril 2009 Maacutelaga (Espantildea) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoThree-Layer Control for Active Wrists in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU) B Estebanez G Jimeacutenez VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales E Bauzano J Molina ldquoMinimally Invasive Surgery Maneuver
Recognition Based on Surgeon Modelrdquo IEEE International Congerence on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU)
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo IEEE International Workshop on Robotics in Alpe-Adria-Danube Region (RAAD) Junio 2010 Budapest (Hungriacutea)
Premio al mejor artiacuteculo de estudiante (Best Paper Award) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoAuto-Guided Movements on Minimally Invasive Surgery for Surgeon Assistancerdquo
IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2010 Taipei (Taiwaacuten) B Estebanez E Bauzano VF Muntildeoz ldquoSurgical Tools Pose Estimation for a Multimodal HMI of a Surgical Robot Assistantrdquo IEEE
International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Septiembre 2011 San Francisco (EEUU)
LIBROS Y REVISTAS (2) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoControl Methodologies for Endoscope Navigation in Robotized
Laparoscopic Surgeryrdquo Research and Education in Robotics Ed Springer-Verlag (Berliacuten Heidelberg) 2010 Vol 82 pp 11-22 ISBN 978-3-642-16369
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo International Journal of Mechanics and Control (JoMaC) Ed Levrotto amp Bella (Torino Italia) 2011 Vol 12 no 1 ISSN 1590-8844
CONGRESOS NACIONALES (10) ndash POSTERS Y WORKSHOPS
Proyecto de Excelencia P07-TEP-02897
ROBOT ASISTENTE SEMIAUTOacuteNOMO DE
DOS BRAZOS PARA INTERVENCIONES DE
CIRUGIacuteA LAPAROSCOacutePICA
Enrique Bauzano Nuacutentildeez
DEPARTAMENTO DE INGENIERIacuteA DE SISTEMAS Y AUTOMAacuteTICA
UNIVERSIDAD DE MAacuteLAGA
DEFENSA DE TESIS DOCTORAL
Directores Dr Viacutector F Muntildeoz Martiacutenez
Dra Isabel Garciacutea Morales
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
MUNtildeECAS ACTIVAS ESQUEMA DE CONTROL
CONTROL EMP
CONTROL ESFEacuteRICO
CAPA-2
CAPA-3
CAPA-1Aacutengulo
deseado
Fuerzas y
Pares
CONTROL
CARTESIANO
BRAZO ROBOT
Referencia esfeacuterica pasiva
Referencia esfeacuterica activa
Referencia
articular
ESTIMADOR
DEL FULCRO
Posicioacuten
articular
Distancia Exterior
estimada
Aacutengulo actual
CONTROLADOR MUNtildeECA ACTIVA
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CAPA 3 CONTROL CARTESIANO
CONTROL CARTESIANO
Planificador
Cartesiano
+
ndash xK)(kTX r
)(kTX r
++
BRAZO
ROBOT)(1 J
)(kTr
)(F
)(kT
)(kTX
Conversioacuten
Cartesiano a Arco
recorrido
T
)(kTLr
)(kTL
Ley de Control rxr XXKJ ~)(1
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CAPA 2 CONTROL EMP
CONTROL EMP
ControlPI
Estimador del Fulcro
ndash+
Sensor de Fuerzas
2T
)( rr
)( 2kT
))(( 2kT
1dF )( 2kTFr )( 2kTr+
ndash
)( 2kTr )( 2kTLr
ndash
+
ndash
+
)( 2kTFc
)( 2kTFs)( 2kTF
)( 2kT
)( 2kTW
)( 2kTL
CAPA-3
1
221
1TI
eK
)1(
)1(
22
2
T
T
Pe
eK
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CAPA 1 CONTROL ESFEacuteRICO
CAPA-2
+ndash
L)( dd
)( rr
)(
Control PI
)( cc
Generador de
trayectorias
)( ff
)1(
11
1
1
1
1
1
1
T
T
P
TI
e
eK
eK
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
ESTABILIDAD DEL CONTROLADOR
15
20
25
15
20
25
0
02
04
06
08
1
Distancia real (cm)Distancia estimada K (cm)
05
1
15
2
05
1
15
2
0
05
1
Rigidez real (Nmm)Rigidez estimada (Nmm)
Criterio Los autovalores son inferiores a 1
2 50
Capa 1 Control Esfeacuterico Capa 2 Control EMP
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO CONTROL EMP
time (sec)fo
rce
s (N
)30
2
-2
0
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
PROBLEMA 2 PLANIFICACIOacuteN DE CAMINOS
Herramienta del
Robot
Caacutemara Herramienta del
Cirujano
Abdomen
Trayectoria
del Robot
Objetivo
Campo de Visioacuten
C
rp ro
O
GS
GC
GR
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SISTEMA DE MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
SELECTOR DE
COMPORTAMIENTOS
PLANIFICADOR
LOCAL
CORRECCIOacuteN DE
VELOCIDAD
SEGUIMIENTO
DEL CIRUJANO
pv
1v1c
2v2c
3v3c
or
1c
2c
3c
Objetivo
Trayectoria Planificada
Herramienta del Cirujano
Herramienta del Robot
sv
rv
s1+
+
+
pr
kT
Tk
kT
Tkdtcccdt
)1(332211r
)1(prp vvvrvrr
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SELECTOR DE COMPORTAMIENTOS
67
3 2
Esfera de direcciones
14
58
rv
C CY
CX
CZ
sv
vr
vs
1 2 3 4 5 6 7 8
1 A L ML L C L ML L
2 L A L ML L C L ML
3 C MC A L C MC C L
4 MC C L A MC C L C
5 C L ML L A L ML L
6 L C L ML L A L ML
7 C MC C L C MC A L
8 MC C L C MC C L A
c1
c2
c3
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 1 PLANIFICADOR LOCAL
atrFrepF
RM SMf
RM
O
RG
SG
L
l
i
repatr UU i
repatr1 FFF
0
02
0
0
2
ˆˆ11
2
nρ
F
rF
rep
fatr
f
rep
atr
rK
L
l
K
dt
m1
11
Fv
Proceso Planificador_Local
1) Localizar el punto guiacutea MR2) Calcular el objetivo asociado al punto guiacutea MfR3) Calcular la fuerza F1 =gt Velocidad del punto guiacutea v14) Calcular la velocidad en el efector final del robot
5) Ejecutar movimiento del robot
6) Si no se ha alcanzado el objetivo O con el extremo de la herramienta volver a 1)
Fin de Procedimiento
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 2 CORRECCIOacuteN DE VELOCIDAD
Recta de
Colisioacuten
CP
RG
SG
SP
rv
sv
)( cR tP)( cS tP
RP
r2 vv 2K
dc
tc
Cero Baja Media Lejos Muy Lejos
Cero Maacutex Maacutex Muy Alta Muy Alta Alta
Bajo Maacutex Muy Alta Alta Alta Media
Medio Muy Alta Alta Media Media Poca
Bastante Muy Alta Alta Media Poca Nula
Mucho Alta Media Poca Nula Nula
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 3 SEGUIMIENTO DEL CIRUJANO
GR GS
s3 vF 3B dt
m
Bs3 vv
1
3
3
Proceso Auto_Guiado
1) Calcular los pesos de cada comportamiento c1 c2 c32) Calcular las velocidades de los tres comportamientos v1 v2 v3 3) Ponderar cada velocidad con su peso sumar e integrar =gt siguiente punto del camino rp4) Ejecutar movimiento del robot
5) Si el robot no ha llegado al objetivo ro volver a 1)
Fin de Procedimiento
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
PROBLEMA 3 ASISTENCIA A LA SUTURA
EndoscopioHerramienta del
cirujano
Herramienta
auxiliar
Sujecioacuten
del hiacutegado
Escenario de Colecistectomiacutea
Protocolo
1 Elevar hiacutegado para exponer la
vesiacutecula
2 Cortar triaacutengulo de Calot y exponer
arteria y conducto ciacutesticos
3 Suturar arteria y conducto ciacutesticos
para aislar un punto intermedio
4 Cortar arteria y conducto ciacutesticos
5 Separar vesiacutecula
6 Extraer vesiacutecula del paciente
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA CONCEPTOS PREVIOS
bull Gesto Accioacuten identificable maacutes elemental de las herramientas
laparoscoacutepicas (tirar del hilo de sutura presionar tejidohellip)
bull Maniobra Secuencia de gestos que componen una actuacioacuten
definible sobre el paciente (puncioacuten corte anudadohellip)
bull Procedimiento Maniobra o secuencia de maniobras que completan
una tarea propuesta por un protocolo quiruacutergico
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA MEacuteTODO DE ROSSER (I)
Laparoscopic Suturing httpwwwyoutubecomwatchv=PmdPAVFgNXU
1 Insertar aguja y centrar Agarrar aguja
2 Presionar tejido Posicionar aguja para puncioacuten
3 Agarrar aguja tras puncioacuten Puncioacuten mediante giro de 60deg-90deg
4 Extraer aguja y tirar del hilo Soltar aguja y sostener tejido
5 Colocar aguja a la sutura Desplazar herramienta sobre el hilo
6 Mantener posicioacuten Girar 2x sentido horario
7 Tensar hilo en sentido nordeste Agarrar extremo del hilo y mantener
MANO IZQUIERDA MANO DERECHA
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA MEacuteTODO DE ROSSER (II)
Problemas
Gran cantidad de gestos entre las dos manos
Compleja sincronizacioacuten entre las herramientas laparoscoacutepicas
Solucioacuten
Asistir al cirujano manejando una herramienta con un robot
Ventajas
Menor tiempo de aprendizaje en sincronizar ambas manos
La otra mano queda libre para otras tareas no automatizables
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (I)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
S0 Inicio y preparacioacuten de sutura
S1 Insertar y centrar aguja en pantalla
S2 Coger aguja y colocar en punto de
sutura
S3 Fijar tejido
S4 Punzar tejido extraer aguja y tirar
del hilo
S5 Separar del tejido y abrir pinza
S6 Colocar aguja en pinza izquierda
S7 Posicionar aguja
S8 Rotar alrededor del hilo
S9 Tirar del hilo y cerrar nudo
S10 Acercar aguja a punto de sutura
S11 Coger ambos extremos del hilo y
tensar
S12 Coger hilo bajo pinza derecha
S13 Cambiar herramienta y cortar hilo
S14 Extraer hilo y aguja
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (II)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
T0 Comando de voz ldquoSuturardquo
T1 Robot en posicioacuten
T2 Gesto de cirujano reconocido
T3 Fuerza aplicada sobre tejido
T4 Gesto de cirujano reconocido
T5 Robot en posicioacuten
T6 Gesto de cirujano reconocido
T7 Robot en posicioacuten
T8 Gesto de cirujano reconocido
T9 Fuerza aplicada sobre el hilo
T10 Robot en posicioacuten
T11 Gesto de cirujano reconocido
T12 Robot en posicioacuten + fuerza
aplicada sobre el hilo
T13 Gesto de cirujano reconocido
T14 Robot en posicioacuten
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (III)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
Sk+1
Sk
Tk-1
Tk
Tk+1
1k
kE
1
1
k
kE
k
kE 1
k
kE
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA ASISTENTE DE ESTADOS
ASISTENTE DE ESTADOS
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
Trayectoria
Planificada
Localizacioacuten
Cirujano
Localizacioacuten
del Robot
INTERFAZ DE
VOZ
Fuerzas y
Pares
Posicioacuten
Aguja
Sentildeal de
Audio
Comando
de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
ASISTENTE DE SUTURA
Activacioacuten
Tk Estado Sk
Activacioacuten
Tk
Funciones
1) Alcanzar posicioacuten objetivo
2) Aplicar fuerza en tejidohilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
SISTEMA
ROBOT+-
1
AKoF
F
pr
MOVIMIENTO
AUTO-GUIADO
cx
or
cr r
D
DI
CONTROL
PI
++
D
-+ K
er
++
xcF
co FF
coc FFx 1
AKLey de Control
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO ASISTENCIA A LA SUTURA
Maniobra 1 Insercioacuten Maniobra 2 Puncioacuten
Maniobra 3 AnudadoManiobra 4 Corte del hilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
IMPLANTACIOacuteN PLATAFORMA CISOBOT
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Estructura Robot
Asistente
Marca 3D
Sensor de
Fuerzas
Muntildeeca Pasiva
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ENTORNO QUIRUacuteRGICO
Columna de
Laparoscopia
Tracker 3D
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Simulador de
Paciente
Herramienta del
Cirujano
Caacutemara
Laparoscoacutepica
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ARQUITECTURA DE CONTROL
SENSORES ENTORNOASISTENTE DE ESTADOS
CIRUJANO
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
BRAZOS ROBOTS
CONTROL DE
BAJO NIVEL
PACIENTE
Interaccioacute
n
Ciru
jano
Herramientas Robot
Trayectoria Planificada
Localizacioacuten Cirujano
Trayectoria ControladaLo
caliz
acioacute
n R
ob
ot
ROBOT ASISTENTE
SENSOR DE
FUERZAS
INTERFAZ DE
VOZ
Esfuerzos
Imagen Laparoscoacutepica
Contacto Robot
Aguja
Herramienta Cirujano
Activacioacuten
Sentildeal de Audio
TRACKER 3D
Comando de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
MOacuteDULO DE
VISIOacuteN
ASISTENTE
DE SUTURA Activacioacuten
Nuevo Estado
Nuevo Estado
ADQUISICIOacuteN
AUDIO
Voz del cirujano
Gesto Quiruacutergico
SIST
EMA
TOLE
RA
NTE
AFA
LLO
S
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT SISTEMA TOLERANTE A FALLOS
Evento Deteccioacuten Actuacioacuten
Fallo Hardware - Sentildeal de Fallo Hardware Parar el sistema
Colisioacuten entre brazos - Anaacutelisis de Colisioacuten cinemaacuteticaParar brazo de la caacutemara
mientras haya riesgo
Colisioacuten con herramienta
del cirujano
- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano cerca del robotParar robot mientras haya riesgo
Colisioacuten con tejidooacuterganos- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano lejos del robotExtraer herramienta del robot
Fallo de sensores- Medicioacuten anoacutemala y constante
independiente de la actuacioacuten
Mensaje de alerta y parar si
persiste
0 2 4 6 8 10 12 14 16 180
20
40
60
80
100
Dis
tan
cia
s (
mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18-10
-5
0
5
10
15
20
Tiempo (segundos)
Fu
erz
as (
N)
Fx
Fy
Fz
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200
20
40
60
80
100
Dis
tan
cia
s (
mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20-20
-15
-10
-5
0
5
10
Tiempo (segundos)
Fu
erz
as (
N)
Fx
Fy
Fz
Co
lisioacute
n c
on
herr
am
ien
ta
Colisioacuten con tejido
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT EXPERIMENTOS PROPUESTOS
1 Movimiento esfeacuterico mediante la aplicacioacuten del control EMP
2 Movimiento auto-guiado con la herramienta del cirujano en
movimiento
3 Procedimiento de sutura Insercioacuten Puncioacuten Anudado y Corte
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 1 MOVIMIENTO ESFEacuteRICO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 2 MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (I)
Maniobra 1 Insercioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (II)
Maniobra 2 Puncioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (III)
Maniobra 3 Anudado
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (IV)
Maniobra 4 Corte del Hilo
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CONCLUSIONES
El gran esfuerzo investigador en torno a la roboacutetica quiruacutergica la destaca
como una herramienta de gran utilidad en cirugiacutea laparoscoacutepica
Tres grupos de robots quiruacutergicos tele-manipuladores camaroacutegrafos y
sistemas autoacutenomos
En un punto intermedio los robots semiautoacutenomos se perfilan como los
candidatos para la cirugiacutea en solitario
Contribuciones de esta tesis para los robots semiautoacutenomos
1 Movimiento esfeacuterico del instrumental mediante muntildeecas activas
2 Sistema auto-guiado para la planificacioacuten de movimientos en el interior
de la cavidad abdominal
3 Asistencia semiautoacutenoma al procedimiento laparoscoacutepico de sutura
Implantacioacuten de las contribuciones en el prototipo CISOBOT
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
LIacuteNEAS DE INVESTIGACIOacuteN FUTURAS
Ampliar la asistencia al cirujano en otros procedimientos ademaacutes de la
sutura corte transporte agarrehellip
Modelar complicaciones producidas con mayor frecuencia durante la
ejecucioacuten de los procedimientos anteriores (error en corte limpieza de
sangradohellip)
Modificar el robot para manejar instrumental a traveacutes de un solo orificio en
teacutecnicas SILS (Single Input Laparoscopic Surgery)
Eliminar la hipoacutetesis de herramientas riacutegidas para mejorar la localizacioacuten del
punto de fulcro e interaccioacuten con el cirujano y el paciente
Cambiar el modo secuencial del diagrama de estados de la sutura para
permitir una interaccioacuten simultaacutenea con el cirujano
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
APORTACIONES CIENTIacuteFICAS
CONGRESOS INTERNACIONALES (6) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoActive Wrists Endoscope Navigation in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Mechatronics (ICM) Abril 2009 Maacutelaga (Espantildea) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoThree-Layer Control for Active Wrists in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU) B Estebanez G Jimeacutenez VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales E Bauzano J Molina ldquoMinimally Invasive Surgery Maneuver
Recognition Based on Surgeon Modelrdquo IEEE International Congerence on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU)
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo IEEE International Workshop on Robotics in Alpe-Adria-Danube Region (RAAD) Junio 2010 Budapest (Hungriacutea)
Premio al mejor artiacuteculo de estudiante (Best Paper Award) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoAuto-Guided Movements on Minimally Invasive Surgery for Surgeon Assistancerdquo
IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2010 Taipei (Taiwaacuten) B Estebanez E Bauzano VF Muntildeoz ldquoSurgical Tools Pose Estimation for a Multimodal HMI of a Surgical Robot Assistantrdquo IEEE
International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Septiembre 2011 San Francisco (EEUU)
LIBROS Y REVISTAS (2) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoControl Methodologies for Endoscope Navigation in Robotized
Laparoscopic Surgeryrdquo Research and Education in Robotics Ed Springer-Verlag (Berliacuten Heidelberg) 2010 Vol 82 pp 11-22 ISBN 978-3-642-16369
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo International Journal of Mechanics and Control (JoMaC) Ed Levrotto amp Bella (Torino Italia) 2011 Vol 12 no 1 ISSN 1590-8844
CONGRESOS NACIONALES (10) ndash POSTERS Y WORKSHOPS
Proyecto de Excelencia P07-TEP-02897
ROBOT ASISTENTE SEMIAUTOacuteNOMO DE
DOS BRAZOS PARA INTERVENCIONES DE
CIRUGIacuteA LAPAROSCOacutePICA
Enrique Bauzano Nuacutentildeez
DEPARTAMENTO DE INGENIERIacuteA DE SISTEMAS Y AUTOMAacuteTICA
UNIVERSIDAD DE MAacuteLAGA
DEFENSA DE TESIS DOCTORAL
Directores Dr Viacutector F Muntildeoz Martiacutenez
Dra Isabel Garciacutea Morales
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CAPA 3 CONTROL CARTESIANO
CONTROL CARTESIANO
Planificador
Cartesiano
+
ndash xK)(kTX r
)(kTX r
++
BRAZO
ROBOT)(1 J
)(kTr
)(F
)(kT
)(kTX
Conversioacuten
Cartesiano a Arco
recorrido
T
)(kTLr
)(kTL
Ley de Control rxr XXKJ ~)(1
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CAPA 2 CONTROL EMP
CONTROL EMP
ControlPI
Estimador del Fulcro
ndash+
Sensor de Fuerzas
2T
)( rr
)( 2kT
))(( 2kT
1dF )( 2kTFr )( 2kTr+
ndash
)( 2kTr )( 2kTLr
ndash
+
ndash
+
)( 2kTFc
)( 2kTFs)( 2kTF
)( 2kT
)( 2kTW
)( 2kTL
CAPA-3
1
221
1TI
eK
)1(
)1(
22
2
T
T
Pe
eK
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CAPA 1 CONTROL ESFEacuteRICO
CAPA-2
+ndash
L)( dd
)( rr
)(
Control PI
)( cc
Generador de
trayectorias
)( ff
)1(
11
1
1
1
1
1
1
T
T
P
TI
e
eK
eK
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
ESTABILIDAD DEL CONTROLADOR
15
20
25
15
20
25
0
02
04
06
08
1
Distancia real (cm)Distancia estimada K (cm)
05
1
15
2
05
1
15
2
0
05
1
Rigidez real (Nmm)Rigidez estimada (Nmm)
Criterio Los autovalores son inferiores a 1
2 50
Capa 1 Control Esfeacuterico Capa 2 Control EMP
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO CONTROL EMP
time (sec)fo
rce
s (N
)30
2
-2
0
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
PROBLEMA 2 PLANIFICACIOacuteN DE CAMINOS
Herramienta del
Robot
Caacutemara Herramienta del
Cirujano
Abdomen
Trayectoria
del Robot
Objetivo
Campo de Visioacuten
C
rp ro
O
GS
GC
GR
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SISTEMA DE MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
SELECTOR DE
COMPORTAMIENTOS
PLANIFICADOR
LOCAL
CORRECCIOacuteN DE
VELOCIDAD
SEGUIMIENTO
DEL CIRUJANO
pv
1v1c
2v2c
3v3c
or
1c
2c
3c
Objetivo
Trayectoria Planificada
Herramienta del Cirujano
Herramienta del Robot
sv
rv
s1+
+
+
pr
kT
Tk
kT
Tkdtcccdt
)1(332211r
)1(prp vvvrvrr
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SELECTOR DE COMPORTAMIENTOS
67
3 2
Esfera de direcciones
14
58
rv
C CY
CX
CZ
sv
vr
vs
1 2 3 4 5 6 7 8
1 A L ML L C L ML L
2 L A L ML L C L ML
3 C MC A L C MC C L
4 MC C L A MC C L C
5 C L ML L A L ML L
6 L C L ML L A L ML
7 C MC C L C MC A L
8 MC C L C MC C L A
c1
c2
c3
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 1 PLANIFICADOR LOCAL
atrFrepF
RM SMf
RM
O
RG
SG
L
l
i
repatr UU i
repatr1 FFF
0
02
0
0
2
ˆˆ11
2
nρ
F
rF
rep
fatr
f
rep
atr
rK
L
l
K
dt
m1
11
Fv
Proceso Planificador_Local
1) Localizar el punto guiacutea MR2) Calcular el objetivo asociado al punto guiacutea MfR3) Calcular la fuerza F1 =gt Velocidad del punto guiacutea v14) Calcular la velocidad en el efector final del robot
5) Ejecutar movimiento del robot
6) Si no se ha alcanzado el objetivo O con el extremo de la herramienta volver a 1)
Fin de Procedimiento
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 2 CORRECCIOacuteN DE VELOCIDAD
Recta de
Colisioacuten
CP
RG
SG
SP
rv
sv
)( cR tP)( cS tP
RP
r2 vv 2K
dc
tc
Cero Baja Media Lejos Muy Lejos
Cero Maacutex Maacutex Muy Alta Muy Alta Alta
Bajo Maacutex Muy Alta Alta Alta Media
Medio Muy Alta Alta Media Media Poca
Bastante Muy Alta Alta Media Poca Nula
Mucho Alta Media Poca Nula Nula
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 3 SEGUIMIENTO DEL CIRUJANO
GR GS
s3 vF 3B dt
m
Bs3 vv
1
3
3
Proceso Auto_Guiado
1) Calcular los pesos de cada comportamiento c1 c2 c32) Calcular las velocidades de los tres comportamientos v1 v2 v3 3) Ponderar cada velocidad con su peso sumar e integrar =gt siguiente punto del camino rp4) Ejecutar movimiento del robot
5) Si el robot no ha llegado al objetivo ro volver a 1)
Fin de Procedimiento
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
PROBLEMA 3 ASISTENCIA A LA SUTURA
EndoscopioHerramienta del
cirujano
Herramienta
auxiliar
Sujecioacuten
del hiacutegado
Escenario de Colecistectomiacutea
Protocolo
1 Elevar hiacutegado para exponer la
vesiacutecula
2 Cortar triaacutengulo de Calot y exponer
arteria y conducto ciacutesticos
3 Suturar arteria y conducto ciacutesticos
para aislar un punto intermedio
4 Cortar arteria y conducto ciacutesticos
5 Separar vesiacutecula
6 Extraer vesiacutecula del paciente
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA CONCEPTOS PREVIOS
bull Gesto Accioacuten identificable maacutes elemental de las herramientas
laparoscoacutepicas (tirar del hilo de sutura presionar tejidohellip)
bull Maniobra Secuencia de gestos que componen una actuacioacuten
definible sobre el paciente (puncioacuten corte anudadohellip)
bull Procedimiento Maniobra o secuencia de maniobras que completan
una tarea propuesta por un protocolo quiruacutergico
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA MEacuteTODO DE ROSSER (I)
Laparoscopic Suturing httpwwwyoutubecomwatchv=PmdPAVFgNXU
1 Insertar aguja y centrar Agarrar aguja
2 Presionar tejido Posicionar aguja para puncioacuten
3 Agarrar aguja tras puncioacuten Puncioacuten mediante giro de 60deg-90deg
4 Extraer aguja y tirar del hilo Soltar aguja y sostener tejido
5 Colocar aguja a la sutura Desplazar herramienta sobre el hilo
6 Mantener posicioacuten Girar 2x sentido horario
7 Tensar hilo en sentido nordeste Agarrar extremo del hilo y mantener
MANO IZQUIERDA MANO DERECHA
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA MEacuteTODO DE ROSSER (II)
Problemas
Gran cantidad de gestos entre las dos manos
Compleja sincronizacioacuten entre las herramientas laparoscoacutepicas
Solucioacuten
Asistir al cirujano manejando una herramienta con un robot
Ventajas
Menor tiempo de aprendizaje en sincronizar ambas manos
La otra mano queda libre para otras tareas no automatizables
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (I)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
S0 Inicio y preparacioacuten de sutura
S1 Insertar y centrar aguja en pantalla
S2 Coger aguja y colocar en punto de
sutura
S3 Fijar tejido
S4 Punzar tejido extraer aguja y tirar
del hilo
S5 Separar del tejido y abrir pinza
S6 Colocar aguja en pinza izquierda
S7 Posicionar aguja
S8 Rotar alrededor del hilo
S9 Tirar del hilo y cerrar nudo
S10 Acercar aguja a punto de sutura
S11 Coger ambos extremos del hilo y
tensar
S12 Coger hilo bajo pinza derecha
S13 Cambiar herramienta y cortar hilo
S14 Extraer hilo y aguja
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (II)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
T0 Comando de voz ldquoSuturardquo
T1 Robot en posicioacuten
T2 Gesto de cirujano reconocido
T3 Fuerza aplicada sobre tejido
T4 Gesto de cirujano reconocido
T5 Robot en posicioacuten
T6 Gesto de cirujano reconocido
T7 Robot en posicioacuten
T8 Gesto de cirujano reconocido
T9 Fuerza aplicada sobre el hilo
T10 Robot en posicioacuten
T11 Gesto de cirujano reconocido
T12 Robot en posicioacuten + fuerza
aplicada sobre el hilo
T13 Gesto de cirujano reconocido
T14 Robot en posicioacuten
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (III)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
Sk+1
Sk
Tk-1
Tk
Tk+1
1k
kE
1
1
k
kE
k
kE 1
k
kE
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA ASISTENTE DE ESTADOS
ASISTENTE DE ESTADOS
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
Trayectoria
Planificada
Localizacioacuten
Cirujano
Localizacioacuten
del Robot
INTERFAZ DE
VOZ
Fuerzas y
Pares
Posicioacuten
Aguja
Sentildeal de
Audio
Comando
de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
ASISTENTE DE SUTURA
Activacioacuten
Tk Estado Sk
Activacioacuten
Tk
Funciones
1) Alcanzar posicioacuten objetivo
2) Aplicar fuerza en tejidohilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
SISTEMA
ROBOT+-
1
AKoF
F
pr
MOVIMIENTO
AUTO-GUIADO
cx
or
cr r
D
DI
CONTROL
PI
++
D
-+ K
er
++
xcF
co FF
coc FFx 1
AKLey de Control
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO ASISTENCIA A LA SUTURA
Maniobra 1 Insercioacuten Maniobra 2 Puncioacuten
Maniobra 3 AnudadoManiobra 4 Corte del hilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
IMPLANTACIOacuteN PLATAFORMA CISOBOT
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Estructura Robot
Asistente
Marca 3D
Sensor de
Fuerzas
Muntildeeca Pasiva
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ENTORNO QUIRUacuteRGICO
Columna de
Laparoscopia
Tracker 3D
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Simulador de
Paciente
Herramienta del
Cirujano
Caacutemara
Laparoscoacutepica
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ARQUITECTURA DE CONTROL
SENSORES ENTORNOASISTENTE DE ESTADOS
CIRUJANO
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
BRAZOS ROBOTS
CONTROL DE
BAJO NIVEL
PACIENTE
Interaccioacute
n
Ciru
jano
Herramientas Robot
Trayectoria Planificada
Localizacioacuten Cirujano
Trayectoria ControladaLo
caliz
acioacute
n R
ob
ot
ROBOT ASISTENTE
SENSOR DE
FUERZAS
INTERFAZ DE
VOZ
Esfuerzos
Imagen Laparoscoacutepica
Contacto Robot
Aguja
Herramienta Cirujano
Activacioacuten
Sentildeal de Audio
TRACKER 3D
Comando de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
MOacuteDULO DE
VISIOacuteN
ASISTENTE
DE SUTURA Activacioacuten
Nuevo Estado
Nuevo Estado
ADQUISICIOacuteN
AUDIO
Voz del cirujano
Gesto Quiruacutergico
SIST
EMA
TOLE
RA
NTE
AFA
LLO
S
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT SISTEMA TOLERANTE A FALLOS
Evento Deteccioacuten Actuacioacuten
Fallo Hardware - Sentildeal de Fallo Hardware Parar el sistema
Colisioacuten entre brazos - Anaacutelisis de Colisioacuten cinemaacuteticaParar brazo de la caacutemara
mientras haya riesgo
Colisioacuten con herramienta
del cirujano
- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano cerca del robotParar robot mientras haya riesgo
Colisioacuten con tejidooacuterganos- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano lejos del robotExtraer herramienta del robot
Fallo de sensores- Medicioacuten anoacutemala y constante
independiente de la actuacioacuten
Mensaje de alerta y parar si
persiste
0 2 4 6 8 10 12 14 16 180
20
40
60
80
100
Dis
tan
cia
s (
mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18-10
-5
0
5
10
15
20
Tiempo (segundos)
Fu
erz
as (
N)
Fx
Fy
Fz
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200
20
40
60
80
100
Dis
tan
cia
s (
mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20-20
-15
-10
-5
0
5
10
Tiempo (segundos)
Fu
erz
as (
N)
Fx
Fy
Fz
Co
lisioacute
n c
on
herr
am
ien
ta
Colisioacuten con tejido
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT EXPERIMENTOS PROPUESTOS
1 Movimiento esfeacuterico mediante la aplicacioacuten del control EMP
2 Movimiento auto-guiado con la herramienta del cirujano en
movimiento
3 Procedimiento de sutura Insercioacuten Puncioacuten Anudado y Corte
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 1 MOVIMIENTO ESFEacuteRICO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 2 MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (I)
Maniobra 1 Insercioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (II)
Maniobra 2 Puncioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (III)
Maniobra 3 Anudado
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (IV)
Maniobra 4 Corte del Hilo
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CONCLUSIONES
El gran esfuerzo investigador en torno a la roboacutetica quiruacutergica la destaca
como una herramienta de gran utilidad en cirugiacutea laparoscoacutepica
Tres grupos de robots quiruacutergicos tele-manipuladores camaroacutegrafos y
sistemas autoacutenomos
En un punto intermedio los robots semiautoacutenomos se perfilan como los
candidatos para la cirugiacutea en solitario
Contribuciones de esta tesis para los robots semiautoacutenomos
1 Movimiento esfeacuterico del instrumental mediante muntildeecas activas
2 Sistema auto-guiado para la planificacioacuten de movimientos en el interior
de la cavidad abdominal
3 Asistencia semiautoacutenoma al procedimiento laparoscoacutepico de sutura
Implantacioacuten de las contribuciones en el prototipo CISOBOT
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
LIacuteNEAS DE INVESTIGACIOacuteN FUTURAS
Ampliar la asistencia al cirujano en otros procedimientos ademaacutes de la
sutura corte transporte agarrehellip
Modelar complicaciones producidas con mayor frecuencia durante la
ejecucioacuten de los procedimientos anteriores (error en corte limpieza de
sangradohellip)
Modificar el robot para manejar instrumental a traveacutes de un solo orificio en
teacutecnicas SILS (Single Input Laparoscopic Surgery)
Eliminar la hipoacutetesis de herramientas riacutegidas para mejorar la localizacioacuten del
punto de fulcro e interaccioacuten con el cirujano y el paciente
Cambiar el modo secuencial del diagrama de estados de la sutura para
permitir una interaccioacuten simultaacutenea con el cirujano
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
APORTACIONES CIENTIacuteFICAS
CONGRESOS INTERNACIONALES (6) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoActive Wrists Endoscope Navigation in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Mechatronics (ICM) Abril 2009 Maacutelaga (Espantildea) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoThree-Layer Control for Active Wrists in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU) B Estebanez G Jimeacutenez VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales E Bauzano J Molina ldquoMinimally Invasive Surgery Maneuver
Recognition Based on Surgeon Modelrdquo IEEE International Congerence on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU)
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo IEEE International Workshop on Robotics in Alpe-Adria-Danube Region (RAAD) Junio 2010 Budapest (Hungriacutea)
Premio al mejor artiacuteculo de estudiante (Best Paper Award) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoAuto-Guided Movements on Minimally Invasive Surgery for Surgeon Assistancerdquo
IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2010 Taipei (Taiwaacuten) B Estebanez E Bauzano VF Muntildeoz ldquoSurgical Tools Pose Estimation for a Multimodal HMI of a Surgical Robot Assistantrdquo IEEE
International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Septiembre 2011 San Francisco (EEUU)
LIBROS Y REVISTAS (2) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoControl Methodologies for Endoscope Navigation in Robotized
Laparoscopic Surgeryrdquo Research and Education in Robotics Ed Springer-Verlag (Berliacuten Heidelberg) 2010 Vol 82 pp 11-22 ISBN 978-3-642-16369
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo International Journal of Mechanics and Control (JoMaC) Ed Levrotto amp Bella (Torino Italia) 2011 Vol 12 no 1 ISSN 1590-8844
CONGRESOS NACIONALES (10) ndash POSTERS Y WORKSHOPS
Proyecto de Excelencia P07-TEP-02897
ROBOT ASISTENTE SEMIAUTOacuteNOMO DE
DOS BRAZOS PARA INTERVENCIONES DE
CIRUGIacuteA LAPAROSCOacutePICA
Enrique Bauzano Nuacutentildeez
DEPARTAMENTO DE INGENIERIacuteA DE SISTEMAS Y AUTOMAacuteTICA
UNIVERSIDAD DE MAacuteLAGA
DEFENSA DE TESIS DOCTORAL
Directores Dr Viacutector F Muntildeoz Martiacutenez
Dra Isabel Garciacutea Morales
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CAPA 2 CONTROL EMP
CONTROL EMP
ControlPI
Estimador del Fulcro
ndash+
Sensor de Fuerzas
2T
)( rr
)( 2kT
))(( 2kT
1dF )( 2kTFr )( 2kTr+
ndash
)( 2kTr )( 2kTLr
ndash
+
ndash
+
)( 2kTFc
)( 2kTFs)( 2kTF
)( 2kT
)( 2kTW
)( 2kTL
CAPA-3
1
221
1TI
eK
)1(
)1(
22
2
T
T
Pe
eK
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CAPA 1 CONTROL ESFEacuteRICO
CAPA-2
+ndash
L)( dd
)( rr
)(
Control PI
)( cc
Generador de
trayectorias
)( ff
)1(
11
1
1
1
1
1
1
T
T
P
TI
e
eK
eK
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
ESTABILIDAD DEL CONTROLADOR
15
20
25
15
20
25
0
02
04
06
08
1
Distancia real (cm)Distancia estimada K (cm)
05
1
15
2
05
1
15
2
0
05
1
Rigidez real (Nmm)Rigidez estimada (Nmm)
Criterio Los autovalores son inferiores a 1
2 50
Capa 1 Control Esfeacuterico Capa 2 Control EMP
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO CONTROL EMP
time (sec)fo
rce
s (N
)30
2
-2
0
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
PROBLEMA 2 PLANIFICACIOacuteN DE CAMINOS
Herramienta del
Robot
Caacutemara Herramienta del
Cirujano
Abdomen
Trayectoria
del Robot
Objetivo
Campo de Visioacuten
C
rp ro
O
GS
GC
GR
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SISTEMA DE MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
SELECTOR DE
COMPORTAMIENTOS
PLANIFICADOR
LOCAL
CORRECCIOacuteN DE
VELOCIDAD
SEGUIMIENTO
DEL CIRUJANO
pv
1v1c
2v2c
3v3c
or
1c
2c
3c
Objetivo
Trayectoria Planificada
Herramienta del Cirujano
Herramienta del Robot
sv
rv
s1+
+
+
pr
kT
Tk
kT
Tkdtcccdt
)1(332211r
)1(prp vvvrvrr
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SELECTOR DE COMPORTAMIENTOS
67
3 2
Esfera de direcciones
14
58
rv
C CY
CX
CZ
sv
vr
vs
1 2 3 4 5 6 7 8
1 A L ML L C L ML L
2 L A L ML L C L ML
3 C MC A L C MC C L
4 MC C L A MC C L C
5 C L ML L A L ML L
6 L C L ML L A L ML
7 C MC C L C MC A L
8 MC C L C MC C L A
c1
c2
c3
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 1 PLANIFICADOR LOCAL
atrFrepF
RM SMf
RM
O
RG
SG
L
l
i
repatr UU i
repatr1 FFF
0
02
0
0
2
ˆˆ11
2
nρ
F
rF
rep
fatr
f
rep
atr
rK
L
l
K
dt
m1
11
Fv
Proceso Planificador_Local
1) Localizar el punto guiacutea MR2) Calcular el objetivo asociado al punto guiacutea MfR3) Calcular la fuerza F1 =gt Velocidad del punto guiacutea v14) Calcular la velocidad en el efector final del robot
5) Ejecutar movimiento del robot
6) Si no se ha alcanzado el objetivo O con el extremo de la herramienta volver a 1)
Fin de Procedimiento
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 2 CORRECCIOacuteN DE VELOCIDAD
Recta de
Colisioacuten
CP
RG
SG
SP
rv
sv
)( cR tP)( cS tP
RP
r2 vv 2K
dc
tc
Cero Baja Media Lejos Muy Lejos
Cero Maacutex Maacutex Muy Alta Muy Alta Alta
Bajo Maacutex Muy Alta Alta Alta Media
Medio Muy Alta Alta Media Media Poca
Bastante Muy Alta Alta Media Poca Nula
Mucho Alta Media Poca Nula Nula
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 3 SEGUIMIENTO DEL CIRUJANO
GR GS
s3 vF 3B dt
m
Bs3 vv
1
3
3
Proceso Auto_Guiado
1) Calcular los pesos de cada comportamiento c1 c2 c32) Calcular las velocidades de los tres comportamientos v1 v2 v3 3) Ponderar cada velocidad con su peso sumar e integrar =gt siguiente punto del camino rp4) Ejecutar movimiento del robot
5) Si el robot no ha llegado al objetivo ro volver a 1)
Fin de Procedimiento
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
PROBLEMA 3 ASISTENCIA A LA SUTURA
EndoscopioHerramienta del
cirujano
Herramienta
auxiliar
Sujecioacuten
del hiacutegado
Escenario de Colecistectomiacutea
Protocolo
1 Elevar hiacutegado para exponer la
vesiacutecula
2 Cortar triaacutengulo de Calot y exponer
arteria y conducto ciacutesticos
3 Suturar arteria y conducto ciacutesticos
para aislar un punto intermedio
4 Cortar arteria y conducto ciacutesticos
5 Separar vesiacutecula
6 Extraer vesiacutecula del paciente
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA CONCEPTOS PREVIOS
bull Gesto Accioacuten identificable maacutes elemental de las herramientas
laparoscoacutepicas (tirar del hilo de sutura presionar tejidohellip)
bull Maniobra Secuencia de gestos que componen una actuacioacuten
definible sobre el paciente (puncioacuten corte anudadohellip)
bull Procedimiento Maniobra o secuencia de maniobras que completan
una tarea propuesta por un protocolo quiruacutergico
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA MEacuteTODO DE ROSSER (I)
Laparoscopic Suturing httpwwwyoutubecomwatchv=PmdPAVFgNXU
1 Insertar aguja y centrar Agarrar aguja
2 Presionar tejido Posicionar aguja para puncioacuten
3 Agarrar aguja tras puncioacuten Puncioacuten mediante giro de 60deg-90deg
4 Extraer aguja y tirar del hilo Soltar aguja y sostener tejido
5 Colocar aguja a la sutura Desplazar herramienta sobre el hilo
6 Mantener posicioacuten Girar 2x sentido horario
7 Tensar hilo en sentido nordeste Agarrar extremo del hilo y mantener
MANO IZQUIERDA MANO DERECHA
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA MEacuteTODO DE ROSSER (II)
Problemas
Gran cantidad de gestos entre las dos manos
Compleja sincronizacioacuten entre las herramientas laparoscoacutepicas
Solucioacuten
Asistir al cirujano manejando una herramienta con un robot
Ventajas
Menor tiempo de aprendizaje en sincronizar ambas manos
La otra mano queda libre para otras tareas no automatizables
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (I)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
S0 Inicio y preparacioacuten de sutura
S1 Insertar y centrar aguja en pantalla
S2 Coger aguja y colocar en punto de
sutura
S3 Fijar tejido
S4 Punzar tejido extraer aguja y tirar
del hilo
S5 Separar del tejido y abrir pinza
S6 Colocar aguja en pinza izquierda
S7 Posicionar aguja
S8 Rotar alrededor del hilo
S9 Tirar del hilo y cerrar nudo
S10 Acercar aguja a punto de sutura
S11 Coger ambos extremos del hilo y
tensar
S12 Coger hilo bajo pinza derecha
S13 Cambiar herramienta y cortar hilo
S14 Extraer hilo y aguja
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (II)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
T0 Comando de voz ldquoSuturardquo
T1 Robot en posicioacuten
T2 Gesto de cirujano reconocido
T3 Fuerza aplicada sobre tejido
T4 Gesto de cirujano reconocido
T5 Robot en posicioacuten
T6 Gesto de cirujano reconocido
T7 Robot en posicioacuten
T8 Gesto de cirujano reconocido
T9 Fuerza aplicada sobre el hilo
T10 Robot en posicioacuten
T11 Gesto de cirujano reconocido
T12 Robot en posicioacuten + fuerza
aplicada sobre el hilo
T13 Gesto de cirujano reconocido
T14 Robot en posicioacuten
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (III)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
Sk+1
Sk
Tk-1
Tk
Tk+1
1k
kE
1
1
k
kE
k
kE 1
k
kE
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA ASISTENTE DE ESTADOS
ASISTENTE DE ESTADOS
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
Trayectoria
Planificada
Localizacioacuten
Cirujano
Localizacioacuten
del Robot
INTERFAZ DE
VOZ
Fuerzas y
Pares
Posicioacuten
Aguja
Sentildeal de
Audio
Comando
de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
ASISTENTE DE SUTURA
Activacioacuten
Tk Estado Sk
Activacioacuten
Tk
Funciones
1) Alcanzar posicioacuten objetivo
2) Aplicar fuerza en tejidohilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
SISTEMA
ROBOT+-
1
AKoF
F
pr
MOVIMIENTO
AUTO-GUIADO
cx
or
cr r
D
DI
CONTROL
PI
++
D
-+ K
er
++
xcF
co FF
coc FFx 1
AKLey de Control
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO ASISTENCIA A LA SUTURA
Maniobra 1 Insercioacuten Maniobra 2 Puncioacuten
Maniobra 3 AnudadoManiobra 4 Corte del hilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
IMPLANTACIOacuteN PLATAFORMA CISOBOT
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Estructura Robot
Asistente
Marca 3D
Sensor de
Fuerzas
Muntildeeca Pasiva
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ENTORNO QUIRUacuteRGICO
Columna de
Laparoscopia
Tracker 3D
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Simulador de
Paciente
Herramienta del
Cirujano
Caacutemara
Laparoscoacutepica
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ARQUITECTURA DE CONTROL
SENSORES ENTORNOASISTENTE DE ESTADOS
CIRUJANO
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
BRAZOS ROBOTS
CONTROL DE
BAJO NIVEL
PACIENTE
Interaccioacute
n
Ciru
jano
Herramientas Robot
Trayectoria Planificada
Localizacioacuten Cirujano
Trayectoria ControladaLo
caliz
acioacute
n R
ob
ot
ROBOT ASISTENTE
SENSOR DE
FUERZAS
INTERFAZ DE
VOZ
Esfuerzos
Imagen Laparoscoacutepica
Contacto Robot
Aguja
Herramienta Cirujano
Activacioacuten
Sentildeal de Audio
TRACKER 3D
Comando de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
MOacuteDULO DE
VISIOacuteN
ASISTENTE
DE SUTURA Activacioacuten
Nuevo Estado
Nuevo Estado
ADQUISICIOacuteN
AUDIO
Voz del cirujano
Gesto Quiruacutergico
SIST
EMA
TOLE
RA
NTE
AFA
LLO
S
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT SISTEMA TOLERANTE A FALLOS
Evento Deteccioacuten Actuacioacuten
Fallo Hardware - Sentildeal de Fallo Hardware Parar el sistema
Colisioacuten entre brazos - Anaacutelisis de Colisioacuten cinemaacuteticaParar brazo de la caacutemara
mientras haya riesgo
Colisioacuten con herramienta
del cirujano
- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano cerca del robotParar robot mientras haya riesgo
Colisioacuten con tejidooacuterganos- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano lejos del robotExtraer herramienta del robot
Fallo de sensores- Medicioacuten anoacutemala y constante
independiente de la actuacioacuten
Mensaje de alerta y parar si
persiste
0 2 4 6 8 10 12 14 16 180
20
40
60
80
100
Dis
tan
cia
s (
mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18-10
-5
0
5
10
15
20
Tiempo (segundos)
Fu
erz
as (
N)
Fx
Fy
Fz
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200
20
40
60
80
100
Dis
tan
cia
s (
mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20-20
-15
-10
-5
0
5
10
Tiempo (segundos)
Fu
erz
as (
N)
Fx
Fy
Fz
Co
lisioacute
n c
on
herr
am
ien
ta
Colisioacuten con tejido
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT EXPERIMENTOS PROPUESTOS
1 Movimiento esfeacuterico mediante la aplicacioacuten del control EMP
2 Movimiento auto-guiado con la herramienta del cirujano en
movimiento
3 Procedimiento de sutura Insercioacuten Puncioacuten Anudado y Corte
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 1 MOVIMIENTO ESFEacuteRICO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 2 MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (I)
Maniobra 1 Insercioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (II)
Maniobra 2 Puncioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (III)
Maniobra 3 Anudado
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (IV)
Maniobra 4 Corte del Hilo
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CONCLUSIONES
El gran esfuerzo investigador en torno a la roboacutetica quiruacutergica la destaca
como una herramienta de gran utilidad en cirugiacutea laparoscoacutepica
Tres grupos de robots quiruacutergicos tele-manipuladores camaroacutegrafos y
sistemas autoacutenomos
En un punto intermedio los robots semiautoacutenomos se perfilan como los
candidatos para la cirugiacutea en solitario
Contribuciones de esta tesis para los robots semiautoacutenomos
1 Movimiento esfeacuterico del instrumental mediante muntildeecas activas
2 Sistema auto-guiado para la planificacioacuten de movimientos en el interior
de la cavidad abdominal
3 Asistencia semiautoacutenoma al procedimiento laparoscoacutepico de sutura
Implantacioacuten de las contribuciones en el prototipo CISOBOT
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
LIacuteNEAS DE INVESTIGACIOacuteN FUTURAS
Ampliar la asistencia al cirujano en otros procedimientos ademaacutes de la
sutura corte transporte agarrehellip
Modelar complicaciones producidas con mayor frecuencia durante la
ejecucioacuten de los procedimientos anteriores (error en corte limpieza de
sangradohellip)
Modificar el robot para manejar instrumental a traveacutes de un solo orificio en
teacutecnicas SILS (Single Input Laparoscopic Surgery)
Eliminar la hipoacutetesis de herramientas riacutegidas para mejorar la localizacioacuten del
punto de fulcro e interaccioacuten con el cirujano y el paciente
Cambiar el modo secuencial del diagrama de estados de la sutura para
permitir una interaccioacuten simultaacutenea con el cirujano
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
APORTACIONES CIENTIacuteFICAS
CONGRESOS INTERNACIONALES (6) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoActive Wrists Endoscope Navigation in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Mechatronics (ICM) Abril 2009 Maacutelaga (Espantildea) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoThree-Layer Control for Active Wrists in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU) B Estebanez G Jimeacutenez VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales E Bauzano J Molina ldquoMinimally Invasive Surgery Maneuver
Recognition Based on Surgeon Modelrdquo IEEE International Congerence on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU)
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo IEEE International Workshop on Robotics in Alpe-Adria-Danube Region (RAAD) Junio 2010 Budapest (Hungriacutea)
Premio al mejor artiacuteculo de estudiante (Best Paper Award) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoAuto-Guided Movements on Minimally Invasive Surgery for Surgeon Assistancerdquo
IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2010 Taipei (Taiwaacuten) B Estebanez E Bauzano VF Muntildeoz ldquoSurgical Tools Pose Estimation for a Multimodal HMI of a Surgical Robot Assistantrdquo IEEE
International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Septiembre 2011 San Francisco (EEUU)
LIBROS Y REVISTAS (2) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoControl Methodologies for Endoscope Navigation in Robotized
Laparoscopic Surgeryrdquo Research and Education in Robotics Ed Springer-Verlag (Berliacuten Heidelberg) 2010 Vol 82 pp 11-22 ISBN 978-3-642-16369
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo International Journal of Mechanics and Control (JoMaC) Ed Levrotto amp Bella (Torino Italia) 2011 Vol 12 no 1 ISSN 1590-8844
CONGRESOS NACIONALES (10) ndash POSTERS Y WORKSHOPS
Proyecto de Excelencia P07-TEP-02897
ROBOT ASISTENTE SEMIAUTOacuteNOMO DE
DOS BRAZOS PARA INTERVENCIONES DE
CIRUGIacuteA LAPAROSCOacutePICA
Enrique Bauzano Nuacutentildeez
DEPARTAMENTO DE INGENIERIacuteA DE SISTEMAS Y AUTOMAacuteTICA
UNIVERSIDAD DE MAacuteLAGA
DEFENSA DE TESIS DOCTORAL
Directores Dr Viacutector F Muntildeoz Martiacutenez
Dra Isabel Garciacutea Morales
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CAPA 1 CONTROL ESFEacuteRICO
CAPA-2
+ndash
L)( dd
)( rr
)(
Control PI
)( cc
Generador de
trayectorias
)( ff
)1(
11
1
1
1
1
1
1
T
T
P
TI
e
eK
eK
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
ESTABILIDAD DEL CONTROLADOR
15
20
25
15
20
25
0
02
04
06
08
1
Distancia real (cm)Distancia estimada K (cm)
05
1
15
2
05
1
15
2
0
05
1
Rigidez real (Nmm)Rigidez estimada (Nmm)
Criterio Los autovalores son inferiores a 1
2 50
Capa 1 Control Esfeacuterico Capa 2 Control EMP
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO CONTROL EMP
time (sec)fo
rce
s (N
)30
2
-2
0
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
PROBLEMA 2 PLANIFICACIOacuteN DE CAMINOS
Herramienta del
Robot
Caacutemara Herramienta del
Cirujano
Abdomen
Trayectoria
del Robot
Objetivo
Campo de Visioacuten
C
rp ro
O
GS
GC
GR
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SISTEMA DE MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
SELECTOR DE
COMPORTAMIENTOS
PLANIFICADOR
LOCAL
CORRECCIOacuteN DE
VELOCIDAD
SEGUIMIENTO
DEL CIRUJANO
pv
1v1c
2v2c
3v3c
or
1c
2c
3c
Objetivo
Trayectoria Planificada
Herramienta del Cirujano
Herramienta del Robot
sv
rv
s1+
+
+
pr
kT
Tk
kT
Tkdtcccdt
)1(332211r
)1(prp vvvrvrr
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SELECTOR DE COMPORTAMIENTOS
67
3 2
Esfera de direcciones
14
58
rv
C CY
CX
CZ
sv
vr
vs
1 2 3 4 5 6 7 8
1 A L ML L C L ML L
2 L A L ML L C L ML
3 C MC A L C MC C L
4 MC C L A MC C L C
5 C L ML L A L ML L
6 L C L ML L A L ML
7 C MC C L C MC A L
8 MC C L C MC C L A
c1
c2
c3
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 1 PLANIFICADOR LOCAL
atrFrepF
RM SMf
RM
O
RG
SG
L
l
i
repatr UU i
repatr1 FFF
0
02
0
0
2
ˆˆ11
2
nρ
F
rF
rep
fatr
f
rep
atr
rK
L
l
K
dt
m1
11
Fv
Proceso Planificador_Local
1) Localizar el punto guiacutea MR2) Calcular el objetivo asociado al punto guiacutea MfR3) Calcular la fuerza F1 =gt Velocidad del punto guiacutea v14) Calcular la velocidad en el efector final del robot
5) Ejecutar movimiento del robot
6) Si no se ha alcanzado el objetivo O con el extremo de la herramienta volver a 1)
Fin de Procedimiento
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 2 CORRECCIOacuteN DE VELOCIDAD
Recta de
Colisioacuten
CP
RG
SG
SP
rv
sv
)( cR tP)( cS tP
RP
r2 vv 2K
dc
tc
Cero Baja Media Lejos Muy Lejos
Cero Maacutex Maacutex Muy Alta Muy Alta Alta
Bajo Maacutex Muy Alta Alta Alta Media
Medio Muy Alta Alta Media Media Poca
Bastante Muy Alta Alta Media Poca Nula
Mucho Alta Media Poca Nula Nula
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 3 SEGUIMIENTO DEL CIRUJANO
GR GS
s3 vF 3B dt
m
Bs3 vv
1
3
3
Proceso Auto_Guiado
1) Calcular los pesos de cada comportamiento c1 c2 c32) Calcular las velocidades de los tres comportamientos v1 v2 v3 3) Ponderar cada velocidad con su peso sumar e integrar =gt siguiente punto del camino rp4) Ejecutar movimiento del robot
5) Si el robot no ha llegado al objetivo ro volver a 1)
Fin de Procedimiento
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
PROBLEMA 3 ASISTENCIA A LA SUTURA
EndoscopioHerramienta del
cirujano
Herramienta
auxiliar
Sujecioacuten
del hiacutegado
Escenario de Colecistectomiacutea
Protocolo
1 Elevar hiacutegado para exponer la
vesiacutecula
2 Cortar triaacutengulo de Calot y exponer
arteria y conducto ciacutesticos
3 Suturar arteria y conducto ciacutesticos
para aislar un punto intermedio
4 Cortar arteria y conducto ciacutesticos
5 Separar vesiacutecula
6 Extraer vesiacutecula del paciente
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA CONCEPTOS PREVIOS
bull Gesto Accioacuten identificable maacutes elemental de las herramientas
laparoscoacutepicas (tirar del hilo de sutura presionar tejidohellip)
bull Maniobra Secuencia de gestos que componen una actuacioacuten
definible sobre el paciente (puncioacuten corte anudadohellip)
bull Procedimiento Maniobra o secuencia de maniobras que completan
una tarea propuesta por un protocolo quiruacutergico
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA MEacuteTODO DE ROSSER (I)
Laparoscopic Suturing httpwwwyoutubecomwatchv=PmdPAVFgNXU
1 Insertar aguja y centrar Agarrar aguja
2 Presionar tejido Posicionar aguja para puncioacuten
3 Agarrar aguja tras puncioacuten Puncioacuten mediante giro de 60deg-90deg
4 Extraer aguja y tirar del hilo Soltar aguja y sostener tejido
5 Colocar aguja a la sutura Desplazar herramienta sobre el hilo
6 Mantener posicioacuten Girar 2x sentido horario
7 Tensar hilo en sentido nordeste Agarrar extremo del hilo y mantener
MANO IZQUIERDA MANO DERECHA
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA MEacuteTODO DE ROSSER (II)
Problemas
Gran cantidad de gestos entre las dos manos
Compleja sincronizacioacuten entre las herramientas laparoscoacutepicas
Solucioacuten
Asistir al cirujano manejando una herramienta con un robot
Ventajas
Menor tiempo de aprendizaje en sincronizar ambas manos
La otra mano queda libre para otras tareas no automatizables
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (I)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
S0 Inicio y preparacioacuten de sutura
S1 Insertar y centrar aguja en pantalla
S2 Coger aguja y colocar en punto de
sutura
S3 Fijar tejido
S4 Punzar tejido extraer aguja y tirar
del hilo
S5 Separar del tejido y abrir pinza
S6 Colocar aguja en pinza izquierda
S7 Posicionar aguja
S8 Rotar alrededor del hilo
S9 Tirar del hilo y cerrar nudo
S10 Acercar aguja a punto de sutura
S11 Coger ambos extremos del hilo y
tensar
S12 Coger hilo bajo pinza derecha
S13 Cambiar herramienta y cortar hilo
S14 Extraer hilo y aguja
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (II)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
T0 Comando de voz ldquoSuturardquo
T1 Robot en posicioacuten
T2 Gesto de cirujano reconocido
T3 Fuerza aplicada sobre tejido
T4 Gesto de cirujano reconocido
T5 Robot en posicioacuten
T6 Gesto de cirujano reconocido
T7 Robot en posicioacuten
T8 Gesto de cirujano reconocido
T9 Fuerza aplicada sobre el hilo
T10 Robot en posicioacuten
T11 Gesto de cirujano reconocido
T12 Robot en posicioacuten + fuerza
aplicada sobre el hilo
T13 Gesto de cirujano reconocido
T14 Robot en posicioacuten
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (III)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
Sk+1
Sk
Tk-1
Tk
Tk+1
1k
kE
1
1
k
kE
k
kE 1
k
kE
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA ASISTENTE DE ESTADOS
ASISTENTE DE ESTADOS
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
Trayectoria
Planificada
Localizacioacuten
Cirujano
Localizacioacuten
del Robot
INTERFAZ DE
VOZ
Fuerzas y
Pares
Posicioacuten
Aguja
Sentildeal de
Audio
Comando
de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
ASISTENTE DE SUTURA
Activacioacuten
Tk Estado Sk
Activacioacuten
Tk
Funciones
1) Alcanzar posicioacuten objetivo
2) Aplicar fuerza en tejidohilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
SISTEMA
ROBOT+-
1
AKoF
F
pr
MOVIMIENTO
AUTO-GUIADO
cx
or
cr r
D
DI
CONTROL
PI
++
D
-+ K
er
++
xcF
co FF
coc FFx 1
AKLey de Control
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO ASISTENCIA A LA SUTURA
Maniobra 1 Insercioacuten Maniobra 2 Puncioacuten
Maniobra 3 AnudadoManiobra 4 Corte del hilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
IMPLANTACIOacuteN PLATAFORMA CISOBOT
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Estructura Robot
Asistente
Marca 3D
Sensor de
Fuerzas
Muntildeeca Pasiva
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ENTORNO QUIRUacuteRGICO
Columna de
Laparoscopia
Tracker 3D
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Simulador de
Paciente
Herramienta del
Cirujano
Caacutemara
Laparoscoacutepica
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ARQUITECTURA DE CONTROL
SENSORES ENTORNOASISTENTE DE ESTADOS
CIRUJANO
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
BRAZOS ROBOTS
CONTROL DE
BAJO NIVEL
PACIENTE
Interaccioacute
n
Ciru
jano
Herramientas Robot
Trayectoria Planificada
Localizacioacuten Cirujano
Trayectoria ControladaLo
caliz
acioacute
n R
ob
ot
ROBOT ASISTENTE
SENSOR DE
FUERZAS
INTERFAZ DE
VOZ
Esfuerzos
Imagen Laparoscoacutepica
Contacto Robot
Aguja
Herramienta Cirujano
Activacioacuten
Sentildeal de Audio
TRACKER 3D
Comando de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
MOacuteDULO DE
VISIOacuteN
ASISTENTE
DE SUTURA Activacioacuten
Nuevo Estado
Nuevo Estado
ADQUISICIOacuteN
AUDIO
Voz del cirujano
Gesto Quiruacutergico
SIST
EMA
TOLE
RA
NTE
AFA
LLO
S
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT SISTEMA TOLERANTE A FALLOS
Evento Deteccioacuten Actuacioacuten
Fallo Hardware - Sentildeal de Fallo Hardware Parar el sistema
Colisioacuten entre brazos - Anaacutelisis de Colisioacuten cinemaacuteticaParar brazo de la caacutemara
mientras haya riesgo
Colisioacuten con herramienta
del cirujano
- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano cerca del robotParar robot mientras haya riesgo
Colisioacuten con tejidooacuterganos- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano lejos del robotExtraer herramienta del robot
Fallo de sensores- Medicioacuten anoacutemala y constante
independiente de la actuacioacuten
Mensaje de alerta y parar si
persiste
0 2 4 6 8 10 12 14 16 180
20
40
60
80
100
Dis
tan
cia
s (
mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18-10
-5
0
5
10
15
20
Tiempo (segundos)
Fu
erz
as (
N)
Fx
Fy
Fz
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200
20
40
60
80
100
Dis
tan
cia
s (
mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20-20
-15
-10
-5
0
5
10
Tiempo (segundos)
Fu
erz
as (
N)
Fx
Fy
Fz
Co
lisioacute
n c
on
herr
am
ien
ta
Colisioacuten con tejido
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT EXPERIMENTOS PROPUESTOS
1 Movimiento esfeacuterico mediante la aplicacioacuten del control EMP
2 Movimiento auto-guiado con la herramienta del cirujano en
movimiento
3 Procedimiento de sutura Insercioacuten Puncioacuten Anudado y Corte
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 1 MOVIMIENTO ESFEacuteRICO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 2 MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (I)
Maniobra 1 Insercioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (II)
Maniobra 2 Puncioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (III)
Maniobra 3 Anudado
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (IV)
Maniobra 4 Corte del Hilo
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CONCLUSIONES
El gran esfuerzo investigador en torno a la roboacutetica quiruacutergica la destaca
como una herramienta de gran utilidad en cirugiacutea laparoscoacutepica
Tres grupos de robots quiruacutergicos tele-manipuladores camaroacutegrafos y
sistemas autoacutenomos
En un punto intermedio los robots semiautoacutenomos se perfilan como los
candidatos para la cirugiacutea en solitario
Contribuciones de esta tesis para los robots semiautoacutenomos
1 Movimiento esfeacuterico del instrumental mediante muntildeecas activas
2 Sistema auto-guiado para la planificacioacuten de movimientos en el interior
de la cavidad abdominal
3 Asistencia semiautoacutenoma al procedimiento laparoscoacutepico de sutura
Implantacioacuten de las contribuciones en el prototipo CISOBOT
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
LIacuteNEAS DE INVESTIGACIOacuteN FUTURAS
Ampliar la asistencia al cirujano en otros procedimientos ademaacutes de la
sutura corte transporte agarrehellip
Modelar complicaciones producidas con mayor frecuencia durante la
ejecucioacuten de los procedimientos anteriores (error en corte limpieza de
sangradohellip)
Modificar el robot para manejar instrumental a traveacutes de un solo orificio en
teacutecnicas SILS (Single Input Laparoscopic Surgery)
Eliminar la hipoacutetesis de herramientas riacutegidas para mejorar la localizacioacuten del
punto de fulcro e interaccioacuten con el cirujano y el paciente
Cambiar el modo secuencial del diagrama de estados de la sutura para
permitir una interaccioacuten simultaacutenea con el cirujano
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
APORTACIONES CIENTIacuteFICAS
CONGRESOS INTERNACIONALES (6) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoActive Wrists Endoscope Navigation in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Mechatronics (ICM) Abril 2009 Maacutelaga (Espantildea) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoThree-Layer Control for Active Wrists in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU) B Estebanez G Jimeacutenez VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales E Bauzano J Molina ldquoMinimally Invasive Surgery Maneuver
Recognition Based on Surgeon Modelrdquo IEEE International Congerence on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU)
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo IEEE International Workshop on Robotics in Alpe-Adria-Danube Region (RAAD) Junio 2010 Budapest (Hungriacutea)
Premio al mejor artiacuteculo de estudiante (Best Paper Award) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoAuto-Guided Movements on Minimally Invasive Surgery for Surgeon Assistancerdquo
IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2010 Taipei (Taiwaacuten) B Estebanez E Bauzano VF Muntildeoz ldquoSurgical Tools Pose Estimation for a Multimodal HMI of a Surgical Robot Assistantrdquo IEEE
International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Septiembre 2011 San Francisco (EEUU)
LIBROS Y REVISTAS (2) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoControl Methodologies for Endoscope Navigation in Robotized
Laparoscopic Surgeryrdquo Research and Education in Robotics Ed Springer-Verlag (Berliacuten Heidelberg) 2010 Vol 82 pp 11-22 ISBN 978-3-642-16369
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo International Journal of Mechanics and Control (JoMaC) Ed Levrotto amp Bella (Torino Italia) 2011 Vol 12 no 1 ISSN 1590-8844
CONGRESOS NACIONALES (10) ndash POSTERS Y WORKSHOPS
Proyecto de Excelencia P07-TEP-02897
ROBOT ASISTENTE SEMIAUTOacuteNOMO DE
DOS BRAZOS PARA INTERVENCIONES DE
CIRUGIacuteA LAPAROSCOacutePICA
Enrique Bauzano Nuacutentildeez
DEPARTAMENTO DE INGENIERIacuteA DE SISTEMAS Y AUTOMAacuteTICA
UNIVERSIDAD DE MAacuteLAGA
DEFENSA DE TESIS DOCTORAL
Directores Dr Viacutector F Muntildeoz Martiacutenez
Dra Isabel Garciacutea Morales
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
ESTABILIDAD DEL CONTROLADOR
15
20
25
15
20
25
0
02
04
06
08
1
Distancia real (cm)Distancia estimada K (cm)
05
1
15
2
05
1
15
2
0
05
1
Rigidez real (Nmm)Rigidez estimada (Nmm)
Criterio Los autovalores son inferiores a 1
2 50
Capa 1 Control Esfeacuterico Capa 2 Control EMP
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO CONTROL EMP
time (sec)fo
rce
s (N
)30
2
-2
0
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
PROBLEMA 2 PLANIFICACIOacuteN DE CAMINOS
Herramienta del
Robot
Caacutemara Herramienta del
Cirujano
Abdomen
Trayectoria
del Robot
Objetivo
Campo de Visioacuten
C
rp ro
O
GS
GC
GR
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SISTEMA DE MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
SELECTOR DE
COMPORTAMIENTOS
PLANIFICADOR
LOCAL
CORRECCIOacuteN DE
VELOCIDAD
SEGUIMIENTO
DEL CIRUJANO
pv
1v1c
2v2c
3v3c
or
1c
2c
3c
Objetivo
Trayectoria Planificada
Herramienta del Cirujano
Herramienta del Robot
sv
rv
s1+
+
+
pr
kT
Tk
kT
Tkdtcccdt
)1(332211r
)1(prp vvvrvrr
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SELECTOR DE COMPORTAMIENTOS
67
3 2
Esfera de direcciones
14
58
rv
C CY
CX
CZ
sv
vr
vs
1 2 3 4 5 6 7 8
1 A L ML L C L ML L
2 L A L ML L C L ML
3 C MC A L C MC C L
4 MC C L A MC C L C
5 C L ML L A L ML L
6 L C L ML L A L ML
7 C MC C L C MC A L
8 MC C L C MC C L A
c1
c2
c3
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 1 PLANIFICADOR LOCAL
atrFrepF
RM SMf
RM
O
RG
SG
L
l
i
repatr UU i
repatr1 FFF
0
02
0
0
2
ˆˆ11
2
nρ
F
rF
rep
fatr
f
rep
atr
rK
L
l
K
dt
m1
11
Fv
Proceso Planificador_Local
1) Localizar el punto guiacutea MR2) Calcular el objetivo asociado al punto guiacutea MfR3) Calcular la fuerza F1 =gt Velocidad del punto guiacutea v14) Calcular la velocidad en el efector final del robot
5) Ejecutar movimiento del robot
6) Si no se ha alcanzado el objetivo O con el extremo de la herramienta volver a 1)
Fin de Procedimiento
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 2 CORRECCIOacuteN DE VELOCIDAD
Recta de
Colisioacuten
CP
RG
SG
SP
rv
sv
)( cR tP)( cS tP
RP
r2 vv 2K
dc
tc
Cero Baja Media Lejos Muy Lejos
Cero Maacutex Maacutex Muy Alta Muy Alta Alta
Bajo Maacutex Muy Alta Alta Alta Media
Medio Muy Alta Alta Media Media Poca
Bastante Muy Alta Alta Media Poca Nula
Mucho Alta Media Poca Nula Nula
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 3 SEGUIMIENTO DEL CIRUJANO
GR GS
s3 vF 3B dt
m
Bs3 vv
1
3
3
Proceso Auto_Guiado
1) Calcular los pesos de cada comportamiento c1 c2 c32) Calcular las velocidades de los tres comportamientos v1 v2 v3 3) Ponderar cada velocidad con su peso sumar e integrar =gt siguiente punto del camino rp4) Ejecutar movimiento del robot
5) Si el robot no ha llegado al objetivo ro volver a 1)
Fin de Procedimiento
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
PROBLEMA 3 ASISTENCIA A LA SUTURA
EndoscopioHerramienta del
cirujano
Herramienta
auxiliar
Sujecioacuten
del hiacutegado
Escenario de Colecistectomiacutea
Protocolo
1 Elevar hiacutegado para exponer la
vesiacutecula
2 Cortar triaacutengulo de Calot y exponer
arteria y conducto ciacutesticos
3 Suturar arteria y conducto ciacutesticos
para aislar un punto intermedio
4 Cortar arteria y conducto ciacutesticos
5 Separar vesiacutecula
6 Extraer vesiacutecula del paciente
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA CONCEPTOS PREVIOS
bull Gesto Accioacuten identificable maacutes elemental de las herramientas
laparoscoacutepicas (tirar del hilo de sutura presionar tejidohellip)
bull Maniobra Secuencia de gestos que componen una actuacioacuten
definible sobre el paciente (puncioacuten corte anudadohellip)
bull Procedimiento Maniobra o secuencia de maniobras que completan
una tarea propuesta por un protocolo quiruacutergico
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA MEacuteTODO DE ROSSER (I)
Laparoscopic Suturing httpwwwyoutubecomwatchv=PmdPAVFgNXU
1 Insertar aguja y centrar Agarrar aguja
2 Presionar tejido Posicionar aguja para puncioacuten
3 Agarrar aguja tras puncioacuten Puncioacuten mediante giro de 60deg-90deg
4 Extraer aguja y tirar del hilo Soltar aguja y sostener tejido
5 Colocar aguja a la sutura Desplazar herramienta sobre el hilo
6 Mantener posicioacuten Girar 2x sentido horario
7 Tensar hilo en sentido nordeste Agarrar extremo del hilo y mantener
MANO IZQUIERDA MANO DERECHA
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA MEacuteTODO DE ROSSER (II)
Problemas
Gran cantidad de gestos entre las dos manos
Compleja sincronizacioacuten entre las herramientas laparoscoacutepicas
Solucioacuten
Asistir al cirujano manejando una herramienta con un robot
Ventajas
Menor tiempo de aprendizaje en sincronizar ambas manos
La otra mano queda libre para otras tareas no automatizables
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (I)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
S0 Inicio y preparacioacuten de sutura
S1 Insertar y centrar aguja en pantalla
S2 Coger aguja y colocar en punto de
sutura
S3 Fijar tejido
S4 Punzar tejido extraer aguja y tirar
del hilo
S5 Separar del tejido y abrir pinza
S6 Colocar aguja en pinza izquierda
S7 Posicionar aguja
S8 Rotar alrededor del hilo
S9 Tirar del hilo y cerrar nudo
S10 Acercar aguja a punto de sutura
S11 Coger ambos extremos del hilo y
tensar
S12 Coger hilo bajo pinza derecha
S13 Cambiar herramienta y cortar hilo
S14 Extraer hilo y aguja
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (II)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
T0 Comando de voz ldquoSuturardquo
T1 Robot en posicioacuten
T2 Gesto de cirujano reconocido
T3 Fuerza aplicada sobre tejido
T4 Gesto de cirujano reconocido
T5 Robot en posicioacuten
T6 Gesto de cirujano reconocido
T7 Robot en posicioacuten
T8 Gesto de cirujano reconocido
T9 Fuerza aplicada sobre el hilo
T10 Robot en posicioacuten
T11 Gesto de cirujano reconocido
T12 Robot en posicioacuten + fuerza
aplicada sobre el hilo
T13 Gesto de cirujano reconocido
T14 Robot en posicioacuten
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (III)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
Sk+1
Sk
Tk-1
Tk
Tk+1
1k
kE
1
1
k
kE
k
kE 1
k
kE
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA ASISTENTE DE ESTADOS
ASISTENTE DE ESTADOS
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
Trayectoria
Planificada
Localizacioacuten
Cirujano
Localizacioacuten
del Robot
INTERFAZ DE
VOZ
Fuerzas y
Pares
Posicioacuten
Aguja
Sentildeal de
Audio
Comando
de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
ASISTENTE DE SUTURA
Activacioacuten
Tk Estado Sk
Activacioacuten
Tk
Funciones
1) Alcanzar posicioacuten objetivo
2) Aplicar fuerza en tejidohilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
SISTEMA
ROBOT+-
1
AKoF
F
pr
MOVIMIENTO
AUTO-GUIADO
cx
or
cr r
D
DI
CONTROL
PI
++
D
-+ K
er
++
xcF
co FF
coc FFx 1
AKLey de Control
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO ASISTENCIA A LA SUTURA
Maniobra 1 Insercioacuten Maniobra 2 Puncioacuten
Maniobra 3 AnudadoManiobra 4 Corte del hilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
IMPLANTACIOacuteN PLATAFORMA CISOBOT
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Estructura Robot
Asistente
Marca 3D
Sensor de
Fuerzas
Muntildeeca Pasiva
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ENTORNO QUIRUacuteRGICO
Columna de
Laparoscopia
Tracker 3D
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Simulador de
Paciente
Herramienta del
Cirujano
Caacutemara
Laparoscoacutepica
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ARQUITECTURA DE CONTROL
SENSORES ENTORNOASISTENTE DE ESTADOS
CIRUJANO
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
BRAZOS ROBOTS
CONTROL DE
BAJO NIVEL
PACIENTE
Interaccioacute
n
Ciru
jano
Herramientas Robot
Trayectoria Planificada
Localizacioacuten Cirujano
Trayectoria ControladaLo
caliz
acioacute
n R
ob
ot
ROBOT ASISTENTE
SENSOR DE
FUERZAS
INTERFAZ DE
VOZ
Esfuerzos
Imagen Laparoscoacutepica
Contacto Robot
Aguja
Herramienta Cirujano
Activacioacuten
Sentildeal de Audio
TRACKER 3D
Comando de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
MOacuteDULO DE
VISIOacuteN
ASISTENTE
DE SUTURA Activacioacuten
Nuevo Estado
Nuevo Estado
ADQUISICIOacuteN
AUDIO
Voz del cirujano
Gesto Quiruacutergico
SIST
EMA
TOLE
RA
NTE
AFA
LLO
S
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT SISTEMA TOLERANTE A FALLOS
Evento Deteccioacuten Actuacioacuten
Fallo Hardware - Sentildeal de Fallo Hardware Parar el sistema
Colisioacuten entre brazos - Anaacutelisis de Colisioacuten cinemaacuteticaParar brazo de la caacutemara
mientras haya riesgo
Colisioacuten con herramienta
del cirujano
- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano cerca del robotParar robot mientras haya riesgo
Colisioacuten con tejidooacuterganos- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano lejos del robotExtraer herramienta del robot
Fallo de sensores- Medicioacuten anoacutemala y constante
independiente de la actuacioacuten
Mensaje de alerta y parar si
persiste
0 2 4 6 8 10 12 14 16 180
20
40
60
80
100
Dis
tan
cia
s (
mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18-10
-5
0
5
10
15
20
Tiempo (segundos)
Fu
erz
as (
N)
Fx
Fy
Fz
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200
20
40
60
80
100
Dis
tan
cia
s (
mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20-20
-15
-10
-5
0
5
10
Tiempo (segundos)
Fu
erz
as (
N)
Fx
Fy
Fz
Co
lisioacute
n c
on
herr
am
ien
ta
Colisioacuten con tejido
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT EXPERIMENTOS PROPUESTOS
1 Movimiento esfeacuterico mediante la aplicacioacuten del control EMP
2 Movimiento auto-guiado con la herramienta del cirujano en
movimiento
3 Procedimiento de sutura Insercioacuten Puncioacuten Anudado y Corte
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 1 MOVIMIENTO ESFEacuteRICO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 2 MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (I)
Maniobra 1 Insercioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (II)
Maniobra 2 Puncioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (III)
Maniobra 3 Anudado
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (IV)
Maniobra 4 Corte del Hilo
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CONCLUSIONES
El gran esfuerzo investigador en torno a la roboacutetica quiruacutergica la destaca
como una herramienta de gran utilidad en cirugiacutea laparoscoacutepica
Tres grupos de robots quiruacutergicos tele-manipuladores camaroacutegrafos y
sistemas autoacutenomos
En un punto intermedio los robots semiautoacutenomos se perfilan como los
candidatos para la cirugiacutea en solitario
Contribuciones de esta tesis para los robots semiautoacutenomos
1 Movimiento esfeacuterico del instrumental mediante muntildeecas activas
2 Sistema auto-guiado para la planificacioacuten de movimientos en el interior
de la cavidad abdominal
3 Asistencia semiautoacutenoma al procedimiento laparoscoacutepico de sutura
Implantacioacuten de las contribuciones en el prototipo CISOBOT
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
LIacuteNEAS DE INVESTIGACIOacuteN FUTURAS
Ampliar la asistencia al cirujano en otros procedimientos ademaacutes de la
sutura corte transporte agarrehellip
Modelar complicaciones producidas con mayor frecuencia durante la
ejecucioacuten de los procedimientos anteriores (error en corte limpieza de
sangradohellip)
Modificar el robot para manejar instrumental a traveacutes de un solo orificio en
teacutecnicas SILS (Single Input Laparoscopic Surgery)
Eliminar la hipoacutetesis de herramientas riacutegidas para mejorar la localizacioacuten del
punto de fulcro e interaccioacuten con el cirujano y el paciente
Cambiar el modo secuencial del diagrama de estados de la sutura para
permitir una interaccioacuten simultaacutenea con el cirujano
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
APORTACIONES CIENTIacuteFICAS
CONGRESOS INTERNACIONALES (6) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoActive Wrists Endoscope Navigation in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Mechatronics (ICM) Abril 2009 Maacutelaga (Espantildea) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoThree-Layer Control for Active Wrists in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU) B Estebanez G Jimeacutenez VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales E Bauzano J Molina ldquoMinimally Invasive Surgery Maneuver
Recognition Based on Surgeon Modelrdquo IEEE International Congerence on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU)
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo IEEE International Workshop on Robotics in Alpe-Adria-Danube Region (RAAD) Junio 2010 Budapest (Hungriacutea)
Premio al mejor artiacuteculo de estudiante (Best Paper Award) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoAuto-Guided Movements on Minimally Invasive Surgery for Surgeon Assistancerdquo
IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2010 Taipei (Taiwaacuten) B Estebanez E Bauzano VF Muntildeoz ldquoSurgical Tools Pose Estimation for a Multimodal HMI of a Surgical Robot Assistantrdquo IEEE
International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Septiembre 2011 San Francisco (EEUU)
LIBROS Y REVISTAS (2) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoControl Methodologies for Endoscope Navigation in Robotized
Laparoscopic Surgeryrdquo Research and Education in Robotics Ed Springer-Verlag (Berliacuten Heidelberg) 2010 Vol 82 pp 11-22 ISBN 978-3-642-16369
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo International Journal of Mechanics and Control (JoMaC) Ed Levrotto amp Bella (Torino Italia) 2011 Vol 12 no 1 ISSN 1590-8844
CONGRESOS NACIONALES (10) ndash POSTERS Y WORKSHOPS
Proyecto de Excelencia P07-TEP-02897
ROBOT ASISTENTE SEMIAUTOacuteNOMO DE
DOS BRAZOS PARA INTERVENCIONES DE
CIRUGIacuteA LAPAROSCOacutePICA
Enrique Bauzano Nuacutentildeez
DEPARTAMENTO DE INGENIERIacuteA DE SISTEMAS Y AUTOMAacuteTICA
UNIVERSIDAD DE MAacuteLAGA
DEFENSA DE TESIS DOCTORAL
Directores Dr Viacutector F Muntildeoz Martiacutenez
Dra Isabel Garciacutea Morales
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO CONTROL EMP
time (sec)fo
rce
s (N
)30
2
-2
0
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
PROBLEMA 2 PLANIFICACIOacuteN DE CAMINOS
Herramienta del
Robot
Caacutemara Herramienta del
Cirujano
Abdomen
Trayectoria
del Robot
Objetivo
Campo de Visioacuten
C
rp ro
O
GS
GC
GR
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SISTEMA DE MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
SELECTOR DE
COMPORTAMIENTOS
PLANIFICADOR
LOCAL
CORRECCIOacuteN DE
VELOCIDAD
SEGUIMIENTO
DEL CIRUJANO
pv
1v1c
2v2c
3v3c
or
1c
2c
3c
Objetivo
Trayectoria Planificada
Herramienta del Cirujano
Herramienta del Robot
sv
rv
s1+
+
+
pr
kT
Tk
kT
Tkdtcccdt
)1(332211r
)1(prp vvvrvrr
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SELECTOR DE COMPORTAMIENTOS
67
3 2
Esfera de direcciones
14
58
rv
C CY
CX
CZ
sv
vr
vs
1 2 3 4 5 6 7 8
1 A L ML L C L ML L
2 L A L ML L C L ML
3 C MC A L C MC C L
4 MC C L A MC C L C
5 C L ML L A L ML L
6 L C L ML L A L ML
7 C MC C L C MC A L
8 MC C L C MC C L A
c1
c2
c3
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 1 PLANIFICADOR LOCAL
atrFrepF
RM SMf
RM
O
RG
SG
L
l
i
repatr UU i
repatr1 FFF
0
02
0
0
2
ˆˆ11
2
nρ
F
rF
rep
fatr
f
rep
atr
rK
L
l
K
dt
m1
11
Fv
Proceso Planificador_Local
1) Localizar el punto guiacutea MR2) Calcular el objetivo asociado al punto guiacutea MfR3) Calcular la fuerza F1 =gt Velocidad del punto guiacutea v14) Calcular la velocidad en el efector final del robot
5) Ejecutar movimiento del robot
6) Si no se ha alcanzado el objetivo O con el extremo de la herramienta volver a 1)
Fin de Procedimiento
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 2 CORRECCIOacuteN DE VELOCIDAD
Recta de
Colisioacuten
CP
RG
SG
SP
rv
sv
)( cR tP)( cS tP
RP
r2 vv 2K
dc
tc
Cero Baja Media Lejos Muy Lejos
Cero Maacutex Maacutex Muy Alta Muy Alta Alta
Bajo Maacutex Muy Alta Alta Alta Media
Medio Muy Alta Alta Media Media Poca
Bastante Muy Alta Alta Media Poca Nula
Mucho Alta Media Poca Nula Nula
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 3 SEGUIMIENTO DEL CIRUJANO
GR GS
s3 vF 3B dt
m
Bs3 vv
1
3
3
Proceso Auto_Guiado
1) Calcular los pesos de cada comportamiento c1 c2 c32) Calcular las velocidades de los tres comportamientos v1 v2 v3 3) Ponderar cada velocidad con su peso sumar e integrar =gt siguiente punto del camino rp4) Ejecutar movimiento del robot
5) Si el robot no ha llegado al objetivo ro volver a 1)
Fin de Procedimiento
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
PROBLEMA 3 ASISTENCIA A LA SUTURA
EndoscopioHerramienta del
cirujano
Herramienta
auxiliar
Sujecioacuten
del hiacutegado
Escenario de Colecistectomiacutea
Protocolo
1 Elevar hiacutegado para exponer la
vesiacutecula
2 Cortar triaacutengulo de Calot y exponer
arteria y conducto ciacutesticos
3 Suturar arteria y conducto ciacutesticos
para aislar un punto intermedio
4 Cortar arteria y conducto ciacutesticos
5 Separar vesiacutecula
6 Extraer vesiacutecula del paciente
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA CONCEPTOS PREVIOS
bull Gesto Accioacuten identificable maacutes elemental de las herramientas
laparoscoacutepicas (tirar del hilo de sutura presionar tejidohellip)
bull Maniobra Secuencia de gestos que componen una actuacioacuten
definible sobre el paciente (puncioacuten corte anudadohellip)
bull Procedimiento Maniobra o secuencia de maniobras que completan
una tarea propuesta por un protocolo quiruacutergico
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA MEacuteTODO DE ROSSER (I)
Laparoscopic Suturing httpwwwyoutubecomwatchv=PmdPAVFgNXU
1 Insertar aguja y centrar Agarrar aguja
2 Presionar tejido Posicionar aguja para puncioacuten
3 Agarrar aguja tras puncioacuten Puncioacuten mediante giro de 60deg-90deg
4 Extraer aguja y tirar del hilo Soltar aguja y sostener tejido
5 Colocar aguja a la sutura Desplazar herramienta sobre el hilo
6 Mantener posicioacuten Girar 2x sentido horario
7 Tensar hilo en sentido nordeste Agarrar extremo del hilo y mantener
MANO IZQUIERDA MANO DERECHA
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA MEacuteTODO DE ROSSER (II)
Problemas
Gran cantidad de gestos entre las dos manos
Compleja sincronizacioacuten entre las herramientas laparoscoacutepicas
Solucioacuten
Asistir al cirujano manejando una herramienta con un robot
Ventajas
Menor tiempo de aprendizaje en sincronizar ambas manos
La otra mano queda libre para otras tareas no automatizables
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (I)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
S0 Inicio y preparacioacuten de sutura
S1 Insertar y centrar aguja en pantalla
S2 Coger aguja y colocar en punto de
sutura
S3 Fijar tejido
S4 Punzar tejido extraer aguja y tirar
del hilo
S5 Separar del tejido y abrir pinza
S6 Colocar aguja en pinza izquierda
S7 Posicionar aguja
S8 Rotar alrededor del hilo
S9 Tirar del hilo y cerrar nudo
S10 Acercar aguja a punto de sutura
S11 Coger ambos extremos del hilo y
tensar
S12 Coger hilo bajo pinza derecha
S13 Cambiar herramienta y cortar hilo
S14 Extraer hilo y aguja
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (II)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
T0 Comando de voz ldquoSuturardquo
T1 Robot en posicioacuten
T2 Gesto de cirujano reconocido
T3 Fuerza aplicada sobre tejido
T4 Gesto de cirujano reconocido
T5 Robot en posicioacuten
T6 Gesto de cirujano reconocido
T7 Robot en posicioacuten
T8 Gesto de cirujano reconocido
T9 Fuerza aplicada sobre el hilo
T10 Robot en posicioacuten
T11 Gesto de cirujano reconocido
T12 Robot en posicioacuten + fuerza
aplicada sobre el hilo
T13 Gesto de cirujano reconocido
T14 Robot en posicioacuten
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (III)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
Sk+1
Sk
Tk-1
Tk
Tk+1
1k
kE
1
1
k
kE
k
kE 1
k
kE
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA ASISTENTE DE ESTADOS
ASISTENTE DE ESTADOS
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
Trayectoria
Planificada
Localizacioacuten
Cirujano
Localizacioacuten
del Robot
INTERFAZ DE
VOZ
Fuerzas y
Pares
Posicioacuten
Aguja
Sentildeal de
Audio
Comando
de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
ASISTENTE DE SUTURA
Activacioacuten
Tk Estado Sk
Activacioacuten
Tk
Funciones
1) Alcanzar posicioacuten objetivo
2) Aplicar fuerza en tejidohilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
SISTEMA
ROBOT+-
1
AKoF
F
pr
MOVIMIENTO
AUTO-GUIADO
cx
or
cr r
D
DI
CONTROL
PI
++
D
-+ K
er
++
xcF
co FF
coc FFx 1
AKLey de Control
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO ASISTENCIA A LA SUTURA
Maniobra 1 Insercioacuten Maniobra 2 Puncioacuten
Maniobra 3 AnudadoManiobra 4 Corte del hilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
IMPLANTACIOacuteN PLATAFORMA CISOBOT
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Estructura Robot
Asistente
Marca 3D
Sensor de
Fuerzas
Muntildeeca Pasiva
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ENTORNO QUIRUacuteRGICO
Columna de
Laparoscopia
Tracker 3D
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Simulador de
Paciente
Herramienta del
Cirujano
Caacutemara
Laparoscoacutepica
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ARQUITECTURA DE CONTROL
SENSORES ENTORNOASISTENTE DE ESTADOS
CIRUJANO
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
BRAZOS ROBOTS
CONTROL DE
BAJO NIVEL
PACIENTE
Interaccioacute
n
Ciru
jano
Herramientas Robot
Trayectoria Planificada
Localizacioacuten Cirujano
Trayectoria ControladaLo
caliz
acioacute
n R
ob
ot
ROBOT ASISTENTE
SENSOR DE
FUERZAS
INTERFAZ DE
VOZ
Esfuerzos
Imagen Laparoscoacutepica
Contacto Robot
Aguja
Herramienta Cirujano
Activacioacuten
Sentildeal de Audio
TRACKER 3D
Comando de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
MOacuteDULO DE
VISIOacuteN
ASISTENTE
DE SUTURA Activacioacuten
Nuevo Estado
Nuevo Estado
ADQUISICIOacuteN
AUDIO
Voz del cirujano
Gesto Quiruacutergico
SIST
EMA
TOLE
RA
NTE
AFA
LLO
S
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT SISTEMA TOLERANTE A FALLOS
Evento Deteccioacuten Actuacioacuten
Fallo Hardware - Sentildeal de Fallo Hardware Parar el sistema
Colisioacuten entre brazos - Anaacutelisis de Colisioacuten cinemaacuteticaParar brazo de la caacutemara
mientras haya riesgo
Colisioacuten con herramienta
del cirujano
- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano cerca del robotParar robot mientras haya riesgo
Colisioacuten con tejidooacuterganos- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano lejos del robotExtraer herramienta del robot
Fallo de sensores- Medicioacuten anoacutemala y constante
independiente de la actuacioacuten
Mensaje de alerta y parar si
persiste
0 2 4 6 8 10 12 14 16 180
20
40
60
80
100
Dis
tan
cia
s (
mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18-10
-5
0
5
10
15
20
Tiempo (segundos)
Fu
erz
as (
N)
Fx
Fy
Fz
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200
20
40
60
80
100
Dis
tan
cia
s (
mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20-20
-15
-10
-5
0
5
10
Tiempo (segundos)
Fu
erz
as (
N)
Fx
Fy
Fz
Co
lisioacute
n c
on
herr
am
ien
ta
Colisioacuten con tejido
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT EXPERIMENTOS PROPUESTOS
1 Movimiento esfeacuterico mediante la aplicacioacuten del control EMP
2 Movimiento auto-guiado con la herramienta del cirujano en
movimiento
3 Procedimiento de sutura Insercioacuten Puncioacuten Anudado y Corte
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 1 MOVIMIENTO ESFEacuteRICO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 2 MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (I)
Maniobra 1 Insercioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (II)
Maniobra 2 Puncioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (III)
Maniobra 3 Anudado
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (IV)
Maniobra 4 Corte del Hilo
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CONCLUSIONES
El gran esfuerzo investigador en torno a la roboacutetica quiruacutergica la destaca
como una herramienta de gran utilidad en cirugiacutea laparoscoacutepica
Tres grupos de robots quiruacutergicos tele-manipuladores camaroacutegrafos y
sistemas autoacutenomos
En un punto intermedio los robots semiautoacutenomos se perfilan como los
candidatos para la cirugiacutea en solitario
Contribuciones de esta tesis para los robots semiautoacutenomos
1 Movimiento esfeacuterico del instrumental mediante muntildeecas activas
2 Sistema auto-guiado para la planificacioacuten de movimientos en el interior
de la cavidad abdominal
3 Asistencia semiautoacutenoma al procedimiento laparoscoacutepico de sutura
Implantacioacuten de las contribuciones en el prototipo CISOBOT
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
LIacuteNEAS DE INVESTIGACIOacuteN FUTURAS
Ampliar la asistencia al cirujano en otros procedimientos ademaacutes de la
sutura corte transporte agarrehellip
Modelar complicaciones producidas con mayor frecuencia durante la
ejecucioacuten de los procedimientos anteriores (error en corte limpieza de
sangradohellip)
Modificar el robot para manejar instrumental a traveacutes de un solo orificio en
teacutecnicas SILS (Single Input Laparoscopic Surgery)
Eliminar la hipoacutetesis de herramientas riacutegidas para mejorar la localizacioacuten del
punto de fulcro e interaccioacuten con el cirujano y el paciente
Cambiar el modo secuencial del diagrama de estados de la sutura para
permitir una interaccioacuten simultaacutenea con el cirujano
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
APORTACIONES CIENTIacuteFICAS
CONGRESOS INTERNACIONALES (6) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoActive Wrists Endoscope Navigation in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Mechatronics (ICM) Abril 2009 Maacutelaga (Espantildea) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoThree-Layer Control for Active Wrists in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU) B Estebanez G Jimeacutenez VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales E Bauzano J Molina ldquoMinimally Invasive Surgery Maneuver
Recognition Based on Surgeon Modelrdquo IEEE International Congerence on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU)
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo IEEE International Workshop on Robotics in Alpe-Adria-Danube Region (RAAD) Junio 2010 Budapest (Hungriacutea)
Premio al mejor artiacuteculo de estudiante (Best Paper Award) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoAuto-Guided Movements on Minimally Invasive Surgery for Surgeon Assistancerdquo
IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2010 Taipei (Taiwaacuten) B Estebanez E Bauzano VF Muntildeoz ldquoSurgical Tools Pose Estimation for a Multimodal HMI of a Surgical Robot Assistantrdquo IEEE
International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Septiembre 2011 San Francisco (EEUU)
LIBROS Y REVISTAS (2) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoControl Methodologies for Endoscope Navigation in Robotized
Laparoscopic Surgeryrdquo Research and Education in Robotics Ed Springer-Verlag (Berliacuten Heidelberg) 2010 Vol 82 pp 11-22 ISBN 978-3-642-16369
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo International Journal of Mechanics and Control (JoMaC) Ed Levrotto amp Bella (Torino Italia) 2011 Vol 12 no 1 ISSN 1590-8844
CONGRESOS NACIONALES (10) ndash POSTERS Y WORKSHOPS
Proyecto de Excelencia P07-TEP-02897
ROBOT ASISTENTE SEMIAUTOacuteNOMO DE
DOS BRAZOS PARA INTERVENCIONES DE
CIRUGIacuteA LAPAROSCOacutePICA
Enrique Bauzano Nuacutentildeez
DEPARTAMENTO DE INGENIERIacuteA DE SISTEMAS Y AUTOMAacuteTICA
UNIVERSIDAD DE MAacuteLAGA
DEFENSA DE TESIS DOCTORAL
Directores Dr Viacutector F Muntildeoz Martiacutenez
Dra Isabel Garciacutea Morales
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
PROBLEMA 2 PLANIFICACIOacuteN DE CAMINOS
Herramienta del
Robot
Caacutemara Herramienta del
Cirujano
Abdomen
Trayectoria
del Robot
Objetivo
Campo de Visioacuten
C
rp ro
O
GS
GC
GR
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SISTEMA DE MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
SELECTOR DE
COMPORTAMIENTOS
PLANIFICADOR
LOCAL
CORRECCIOacuteN DE
VELOCIDAD
SEGUIMIENTO
DEL CIRUJANO
pv
1v1c
2v2c
3v3c
or
1c
2c
3c
Objetivo
Trayectoria Planificada
Herramienta del Cirujano
Herramienta del Robot
sv
rv
s1+
+
+
pr
kT
Tk
kT
Tkdtcccdt
)1(332211r
)1(prp vvvrvrr
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SELECTOR DE COMPORTAMIENTOS
67
3 2
Esfera de direcciones
14
58
rv
C CY
CX
CZ
sv
vr
vs
1 2 3 4 5 6 7 8
1 A L ML L C L ML L
2 L A L ML L C L ML
3 C MC A L C MC C L
4 MC C L A MC C L C
5 C L ML L A L ML L
6 L C L ML L A L ML
7 C MC C L C MC A L
8 MC C L C MC C L A
c1
c2
c3
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 1 PLANIFICADOR LOCAL
atrFrepF
RM SMf
RM
O
RG
SG
L
l
i
repatr UU i
repatr1 FFF
0
02
0
0
2
ˆˆ11
2
nρ
F
rF
rep
fatr
f
rep
atr
rK
L
l
K
dt
m1
11
Fv
Proceso Planificador_Local
1) Localizar el punto guiacutea MR2) Calcular el objetivo asociado al punto guiacutea MfR3) Calcular la fuerza F1 =gt Velocidad del punto guiacutea v14) Calcular la velocidad en el efector final del robot
5) Ejecutar movimiento del robot
6) Si no se ha alcanzado el objetivo O con el extremo de la herramienta volver a 1)
Fin de Procedimiento
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 2 CORRECCIOacuteN DE VELOCIDAD
Recta de
Colisioacuten
CP
RG
SG
SP
rv
sv
)( cR tP)( cS tP
RP
r2 vv 2K
dc
tc
Cero Baja Media Lejos Muy Lejos
Cero Maacutex Maacutex Muy Alta Muy Alta Alta
Bajo Maacutex Muy Alta Alta Alta Media
Medio Muy Alta Alta Media Media Poca
Bastante Muy Alta Alta Media Poca Nula
Mucho Alta Media Poca Nula Nula
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 3 SEGUIMIENTO DEL CIRUJANO
GR GS
s3 vF 3B dt
m
Bs3 vv
1
3
3
Proceso Auto_Guiado
1) Calcular los pesos de cada comportamiento c1 c2 c32) Calcular las velocidades de los tres comportamientos v1 v2 v3 3) Ponderar cada velocidad con su peso sumar e integrar =gt siguiente punto del camino rp4) Ejecutar movimiento del robot
5) Si el robot no ha llegado al objetivo ro volver a 1)
Fin de Procedimiento
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
PROBLEMA 3 ASISTENCIA A LA SUTURA
EndoscopioHerramienta del
cirujano
Herramienta
auxiliar
Sujecioacuten
del hiacutegado
Escenario de Colecistectomiacutea
Protocolo
1 Elevar hiacutegado para exponer la
vesiacutecula
2 Cortar triaacutengulo de Calot y exponer
arteria y conducto ciacutesticos
3 Suturar arteria y conducto ciacutesticos
para aislar un punto intermedio
4 Cortar arteria y conducto ciacutesticos
5 Separar vesiacutecula
6 Extraer vesiacutecula del paciente
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA CONCEPTOS PREVIOS
bull Gesto Accioacuten identificable maacutes elemental de las herramientas
laparoscoacutepicas (tirar del hilo de sutura presionar tejidohellip)
bull Maniobra Secuencia de gestos que componen una actuacioacuten
definible sobre el paciente (puncioacuten corte anudadohellip)
bull Procedimiento Maniobra o secuencia de maniobras que completan
una tarea propuesta por un protocolo quiruacutergico
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA MEacuteTODO DE ROSSER (I)
Laparoscopic Suturing httpwwwyoutubecomwatchv=PmdPAVFgNXU
1 Insertar aguja y centrar Agarrar aguja
2 Presionar tejido Posicionar aguja para puncioacuten
3 Agarrar aguja tras puncioacuten Puncioacuten mediante giro de 60deg-90deg
4 Extraer aguja y tirar del hilo Soltar aguja y sostener tejido
5 Colocar aguja a la sutura Desplazar herramienta sobre el hilo
6 Mantener posicioacuten Girar 2x sentido horario
7 Tensar hilo en sentido nordeste Agarrar extremo del hilo y mantener
MANO IZQUIERDA MANO DERECHA
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA MEacuteTODO DE ROSSER (II)
Problemas
Gran cantidad de gestos entre las dos manos
Compleja sincronizacioacuten entre las herramientas laparoscoacutepicas
Solucioacuten
Asistir al cirujano manejando una herramienta con un robot
Ventajas
Menor tiempo de aprendizaje en sincronizar ambas manos
La otra mano queda libre para otras tareas no automatizables
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (I)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
S0 Inicio y preparacioacuten de sutura
S1 Insertar y centrar aguja en pantalla
S2 Coger aguja y colocar en punto de
sutura
S3 Fijar tejido
S4 Punzar tejido extraer aguja y tirar
del hilo
S5 Separar del tejido y abrir pinza
S6 Colocar aguja en pinza izquierda
S7 Posicionar aguja
S8 Rotar alrededor del hilo
S9 Tirar del hilo y cerrar nudo
S10 Acercar aguja a punto de sutura
S11 Coger ambos extremos del hilo y
tensar
S12 Coger hilo bajo pinza derecha
S13 Cambiar herramienta y cortar hilo
S14 Extraer hilo y aguja
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (II)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
T0 Comando de voz ldquoSuturardquo
T1 Robot en posicioacuten
T2 Gesto de cirujano reconocido
T3 Fuerza aplicada sobre tejido
T4 Gesto de cirujano reconocido
T5 Robot en posicioacuten
T6 Gesto de cirujano reconocido
T7 Robot en posicioacuten
T8 Gesto de cirujano reconocido
T9 Fuerza aplicada sobre el hilo
T10 Robot en posicioacuten
T11 Gesto de cirujano reconocido
T12 Robot en posicioacuten + fuerza
aplicada sobre el hilo
T13 Gesto de cirujano reconocido
T14 Robot en posicioacuten
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (III)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
Sk+1
Sk
Tk-1
Tk
Tk+1
1k
kE
1
1
k
kE
k
kE 1
k
kE
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA ASISTENTE DE ESTADOS
ASISTENTE DE ESTADOS
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
Trayectoria
Planificada
Localizacioacuten
Cirujano
Localizacioacuten
del Robot
INTERFAZ DE
VOZ
Fuerzas y
Pares
Posicioacuten
Aguja
Sentildeal de
Audio
Comando
de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
ASISTENTE DE SUTURA
Activacioacuten
Tk Estado Sk
Activacioacuten
Tk
Funciones
1) Alcanzar posicioacuten objetivo
2) Aplicar fuerza en tejidohilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
SISTEMA
ROBOT+-
1
AKoF
F
pr
MOVIMIENTO
AUTO-GUIADO
cx
or
cr r
D
DI
CONTROL
PI
++
D
-+ K
er
++
xcF
co FF
coc FFx 1
AKLey de Control
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO ASISTENCIA A LA SUTURA
Maniobra 1 Insercioacuten Maniobra 2 Puncioacuten
Maniobra 3 AnudadoManiobra 4 Corte del hilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
IMPLANTACIOacuteN PLATAFORMA CISOBOT
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Estructura Robot
Asistente
Marca 3D
Sensor de
Fuerzas
Muntildeeca Pasiva
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ENTORNO QUIRUacuteRGICO
Columna de
Laparoscopia
Tracker 3D
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Simulador de
Paciente
Herramienta del
Cirujano
Caacutemara
Laparoscoacutepica
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ARQUITECTURA DE CONTROL
SENSORES ENTORNOASISTENTE DE ESTADOS
CIRUJANO
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
BRAZOS ROBOTS
CONTROL DE
BAJO NIVEL
PACIENTE
Interaccioacute
n
Ciru
jano
Herramientas Robot
Trayectoria Planificada
Localizacioacuten Cirujano
Trayectoria ControladaLo
caliz
acioacute
n R
ob
ot
ROBOT ASISTENTE
SENSOR DE
FUERZAS
INTERFAZ DE
VOZ
Esfuerzos
Imagen Laparoscoacutepica
Contacto Robot
Aguja
Herramienta Cirujano
Activacioacuten
Sentildeal de Audio
TRACKER 3D
Comando de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
MOacuteDULO DE
VISIOacuteN
ASISTENTE
DE SUTURA Activacioacuten
Nuevo Estado
Nuevo Estado
ADQUISICIOacuteN
AUDIO
Voz del cirujano
Gesto Quiruacutergico
SIST
EMA
TOLE
RA
NTE
AFA
LLO
S
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT SISTEMA TOLERANTE A FALLOS
Evento Deteccioacuten Actuacioacuten
Fallo Hardware - Sentildeal de Fallo Hardware Parar el sistema
Colisioacuten entre brazos - Anaacutelisis de Colisioacuten cinemaacuteticaParar brazo de la caacutemara
mientras haya riesgo
Colisioacuten con herramienta
del cirujano
- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano cerca del robotParar robot mientras haya riesgo
Colisioacuten con tejidooacuterganos- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano lejos del robotExtraer herramienta del robot
Fallo de sensores- Medicioacuten anoacutemala y constante
independiente de la actuacioacuten
Mensaje de alerta y parar si
persiste
0 2 4 6 8 10 12 14 16 180
20
40
60
80
100
Dis
tan
cia
s (
mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18-10
-5
0
5
10
15
20
Tiempo (segundos)
Fu
erz
as (
N)
Fx
Fy
Fz
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200
20
40
60
80
100
Dis
tan
cia
s (
mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20-20
-15
-10
-5
0
5
10
Tiempo (segundos)
Fu
erz
as (
N)
Fx
Fy
Fz
Co
lisioacute
n c
on
herr
am
ien
ta
Colisioacuten con tejido
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT EXPERIMENTOS PROPUESTOS
1 Movimiento esfeacuterico mediante la aplicacioacuten del control EMP
2 Movimiento auto-guiado con la herramienta del cirujano en
movimiento
3 Procedimiento de sutura Insercioacuten Puncioacuten Anudado y Corte
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 1 MOVIMIENTO ESFEacuteRICO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 2 MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (I)
Maniobra 1 Insercioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (II)
Maniobra 2 Puncioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (III)
Maniobra 3 Anudado
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (IV)
Maniobra 4 Corte del Hilo
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CONCLUSIONES
El gran esfuerzo investigador en torno a la roboacutetica quiruacutergica la destaca
como una herramienta de gran utilidad en cirugiacutea laparoscoacutepica
Tres grupos de robots quiruacutergicos tele-manipuladores camaroacutegrafos y
sistemas autoacutenomos
En un punto intermedio los robots semiautoacutenomos se perfilan como los
candidatos para la cirugiacutea en solitario
Contribuciones de esta tesis para los robots semiautoacutenomos
1 Movimiento esfeacuterico del instrumental mediante muntildeecas activas
2 Sistema auto-guiado para la planificacioacuten de movimientos en el interior
de la cavidad abdominal
3 Asistencia semiautoacutenoma al procedimiento laparoscoacutepico de sutura
Implantacioacuten de las contribuciones en el prototipo CISOBOT
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
LIacuteNEAS DE INVESTIGACIOacuteN FUTURAS
Ampliar la asistencia al cirujano en otros procedimientos ademaacutes de la
sutura corte transporte agarrehellip
Modelar complicaciones producidas con mayor frecuencia durante la
ejecucioacuten de los procedimientos anteriores (error en corte limpieza de
sangradohellip)
Modificar el robot para manejar instrumental a traveacutes de un solo orificio en
teacutecnicas SILS (Single Input Laparoscopic Surgery)
Eliminar la hipoacutetesis de herramientas riacutegidas para mejorar la localizacioacuten del
punto de fulcro e interaccioacuten con el cirujano y el paciente
Cambiar el modo secuencial del diagrama de estados de la sutura para
permitir una interaccioacuten simultaacutenea con el cirujano
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
APORTACIONES CIENTIacuteFICAS
CONGRESOS INTERNACIONALES (6) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoActive Wrists Endoscope Navigation in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Mechatronics (ICM) Abril 2009 Maacutelaga (Espantildea) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoThree-Layer Control for Active Wrists in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU) B Estebanez G Jimeacutenez VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales E Bauzano J Molina ldquoMinimally Invasive Surgery Maneuver
Recognition Based on Surgeon Modelrdquo IEEE International Congerence on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU)
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo IEEE International Workshop on Robotics in Alpe-Adria-Danube Region (RAAD) Junio 2010 Budapest (Hungriacutea)
Premio al mejor artiacuteculo de estudiante (Best Paper Award) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoAuto-Guided Movements on Minimally Invasive Surgery for Surgeon Assistancerdquo
IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2010 Taipei (Taiwaacuten) B Estebanez E Bauzano VF Muntildeoz ldquoSurgical Tools Pose Estimation for a Multimodal HMI of a Surgical Robot Assistantrdquo IEEE
International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Septiembre 2011 San Francisco (EEUU)
LIBROS Y REVISTAS (2) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoControl Methodologies for Endoscope Navigation in Robotized
Laparoscopic Surgeryrdquo Research and Education in Robotics Ed Springer-Verlag (Berliacuten Heidelberg) 2010 Vol 82 pp 11-22 ISBN 978-3-642-16369
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo International Journal of Mechanics and Control (JoMaC) Ed Levrotto amp Bella (Torino Italia) 2011 Vol 12 no 1 ISSN 1590-8844
CONGRESOS NACIONALES (10) ndash POSTERS Y WORKSHOPS
Proyecto de Excelencia P07-TEP-02897
ROBOT ASISTENTE SEMIAUTOacuteNOMO DE
DOS BRAZOS PARA INTERVENCIONES DE
CIRUGIacuteA LAPAROSCOacutePICA
Enrique Bauzano Nuacutentildeez
DEPARTAMENTO DE INGENIERIacuteA DE SISTEMAS Y AUTOMAacuteTICA
UNIVERSIDAD DE MAacuteLAGA
DEFENSA DE TESIS DOCTORAL
Directores Dr Viacutector F Muntildeoz Martiacutenez
Dra Isabel Garciacutea Morales
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SISTEMA DE MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
SELECTOR DE
COMPORTAMIENTOS
PLANIFICADOR
LOCAL
CORRECCIOacuteN DE
VELOCIDAD
SEGUIMIENTO
DEL CIRUJANO
pv
1v1c
2v2c
3v3c
or
1c
2c
3c
Objetivo
Trayectoria Planificada
Herramienta del Cirujano
Herramienta del Robot
sv
rv
s1+
+
+
pr
kT
Tk
kT
Tkdtcccdt
)1(332211r
)1(prp vvvrvrr
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SELECTOR DE COMPORTAMIENTOS
67
3 2
Esfera de direcciones
14
58
rv
C CY
CX
CZ
sv
vr
vs
1 2 3 4 5 6 7 8
1 A L ML L C L ML L
2 L A L ML L C L ML
3 C MC A L C MC C L
4 MC C L A MC C L C
5 C L ML L A L ML L
6 L C L ML L A L ML
7 C MC C L C MC A L
8 MC C L C MC C L A
c1
c2
c3
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 1 PLANIFICADOR LOCAL
atrFrepF
RM SMf
RM
O
RG
SG
L
l
i
repatr UU i
repatr1 FFF
0
02
0
0
2
ˆˆ11
2
nρ
F
rF
rep
fatr
f
rep
atr
rK
L
l
K
dt
m1
11
Fv
Proceso Planificador_Local
1) Localizar el punto guiacutea MR2) Calcular el objetivo asociado al punto guiacutea MfR3) Calcular la fuerza F1 =gt Velocidad del punto guiacutea v14) Calcular la velocidad en el efector final del robot
5) Ejecutar movimiento del robot
6) Si no se ha alcanzado el objetivo O con el extremo de la herramienta volver a 1)
Fin de Procedimiento
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 2 CORRECCIOacuteN DE VELOCIDAD
Recta de
Colisioacuten
CP
RG
SG
SP
rv
sv
)( cR tP)( cS tP
RP
r2 vv 2K
dc
tc
Cero Baja Media Lejos Muy Lejos
Cero Maacutex Maacutex Muy Alta Muy Alta Alta
Bajo Maacutex Muy Alta Alta Alta Media
Medio Muy Alta Alta Media Media Poca
Bastante Muy Alta Alta Media Poca Nula
Mucho Alta Media Poca Nula Nula
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 3 SEGUIMIENTO DEL CIRUJANO
GR GS
s3 vF 3B dt
m
Bs3 vv
1
3
3
Proceso Auto_Guiado
1) Calcular los pesos de cada comportamiento c1 c2 c32) Calcular las velocidades de los tres comportamientos v1 v2 v3 3) Ponderar cada velocidad con su peso sumar e integrar =gt siguiente punto del camino rp4) Ejecutar movimiento del robot
5) Si el robot no ha llegado al objetivo ro volver a 1)
Fin de Procedimiento
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
PROBLEMA 3 ASISTENCIA A LA SUTURA
EndoscopioHerramienta del
cirujano
Herramienta
auxiliar
Sujecioacuten
del hiacutegado
Escenario de Colecistectomiacutea
Protocolo
1 Elevar hiacutegado para exponer la
vesiacutecula
2 Cortar triaacutengulo de Calot y exponer
arteria y conducto ciacutesticos
3 Suturar arteria y conducto ciacutesticos
para aislar un punto intermedio
4 Cortar arteria y conducto ciacutesticos
5 Separar vesiacutecula
6 Extraer vesiacutecula del paciente
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA CONCEPTOS PREVIOS
bull Gesto Accioacuten identificable maacutes elemental de las herramientas
laparoscoacutepicas (tirar del hilo de sutura presionar tejidohellip)
bull Maniobra Secuencia de gestos que componen una actuacioacuten
definible sobre el paciente (puncioacuten corte anudadohellip)
bull Procedimiento Maniobra o secuencia de maniobras que completan
una tarea propuesta por un protocolo quiruacutergico
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA MEacuteTODO DE ROSSER (I)
Laparoscopic Suturing httpwwwyoutubecomwatchv=PmdPAVFgNXU
1 Insertar aguja y centrar Agarrar aguja
2 Presionar tejido Posicionar aguja para puncioacuten
3 Agarrar aguja tras puncioacuten Puncioacuten mediante giro de 60deg-90deg
4 Extraer aguja y tirar del hilo Soltar aguja y sostener tejido
5 Colocar aguja a la sutura Desplazar herramienta sobre el hilo
6 Mantener posicioacuten Girar 2x sentido horario
7 Tensar hilo en sentido nordeste Agarrar extremo del hilo y mantener
MANO IZQUIERDA MANO DERECHA
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA MEacuteTODO DE ROSSER (II)
Problemas
Gran cantidad de gestos entre las dos manos
Compleja sincronizacioacuten entre las herramientas laparoscoacutepicas
Solucioacuten
Asistir al cirujano manejando una herramienta con un robot
Ventajas
Menor tiempo de aprendizaje en sincronizar ambas manos
La otra mano queda libre para otras tareas no automatizables
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (I)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
S0 Inicio y preparacioacuten de sutura
S1 Insertar y centrar aguja en pantalla
S2 Coger aguja y colocar en punto de
sutura
S3 Fijar tejido
S4 Punzar tejido extraer aguja y tirar
del hilo
S5 Separar del tejido y abrir pinza
S6 Colocar aguja en pinza izquierda
S7 Posicionar aguja
S8 Rotar alrededor del hilo
S9 Tirar del hilo y cerrar nudo
S10 Acercar aguja a punto de sutura
S11 Coger ambos extremos del hilo y
tensar
S12 Coger hilo bajo pinza derecha
S13 Cambiar herramienta y cortar hilo
S14 Extraer hilo y aguja
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (II)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
T0 Comando de voz ldquoSuturardquo
T1 Robot en posicioacuten
T2 Gesto de cirujano reconocido
T3 Fuerza aplicada sobre tejido
T4 Gesto de cirujano reconocido
T5 Robot en posicioacuten
T6 Gesto de cirujano reconocido
T7 Robot en posicioacuten
T8 Gesto de cirujano reconocido
T9 Fuerza aplicada sobre el hilo
T10 Robot en posicioacuten
T11 Gesto de cirujano reconocido
T12 Robot en posicioacuten + fuerza
aplicada sobre el hilo
T13 Gesto de cirujano reconocido
T14 Robot en posicioacuten
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (III)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
Sk+1
Sk
Tk-1
Tk
Tk+1
1k
kE
1
1
k
kE
k
kE 1
k
kE
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA ASISTENTE DE ESTADOS
ASISTENTE DE ESTADOS
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
Trayectoria
Planificada
Localizacioacuten
Cirujano
Localizacioacuten
del Robot
INTERFAZ DE
VOZ
Fuerzas y
Pares
Posicioacuten
Aguja
Sentildeal de
Audio
Comando
de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
ASISTENTE DE SUTURA
Activacioacuten
Tk Estado Sk
Activacioacuten
Tk
Funciones
1) Alcanzar posicioacuten objetivo
2) Aplicar fuerza en tejidohilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
SISTEMA
ROBOT+-
1
AKoF
F
pr
MOVIMIENTO
AUTO-GUIADO
cx
or
cr r
D
DI
CONTROL
PI
++
D
-+ K
er
++
xcF
co FF
coc FFx 1
AKLey de Control
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO ASISTENCIA A LA SUTURA
Maniobra 1 Insercioacuten Maniobra 2 Puncioacuten
Maniobra 3 AnudadoManiobra 4 Corte del hilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
IMPLANTACIOacuteN PLATAFORMA CISOBOT
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Estructura Robot
Asistente
Marca 3D
Sensor de
Fuerzas
Muntildeeca Pasiva
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ENTORNO QUIRUacuteRGICO
Columna de
Laparoscopia
Tracker 3D
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Simulador de
Paciente
Herramienta del
Cirujano
Caacutemara
Laparoscoacutepica
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ARQUITECTURA DE CONTROL
SENSORES ENTORNOASISTENTE DE ESTADOS
CIRUJANO
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
BRAZOS ROBOTS
CONTROL DE
BAJO NIVEL
PACIENTE
Interaccioacute
n
Ciru
jano
Herramientas Robot
Trayectoria Planificada
Localizacioacuten Cirujano
Trayectoria ControladaLo
caliz
acioacute
n R
ob
ot
ROBOT ASISTENTE
SENSOR DE
FUERZAS
INTERFAZ DE
VOZ
Esfuerzos
Imagen Laparoscoacutepica
Contacto Robot
Aguja
Herramienta Cirujano
Activacioacuten
Sentildeal de Audio
TRACKER 3D
Comando de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
MOacuteDULO DE
VISIOacuteN
ASISTENTE
DE SUTURA Activacioacuten
Nuevo Estado
Nuevo Estado
ADQUISICIOacuteN
AUDIO
Voz del cirujano
Gesto Quiruacutergico
SIST
EMA
TOLE
RA
NTE
AFA
LLO
S
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT SISTEMA TOLERANTE A FALLOS
Evento Deteccioacuten Actuacioacuten
Fallo Hardware - Sentildeal de Fallo Hardware Parar el sistema
Colisioacuten entre brazos - Anaacutelisis de Colisioacuten cinemaacuteticaParar brazo de la caacutemara
mientras haya riesgo
Colisioacuten con herramienta
del cirujano
- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano cerca del robotParar robot mientras haya riesgo
Colisioacuten con tejidooacuterganos- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano lejos del robotExtraer herramienta del robot
Fallo de sensores- Medicioacuten anoacutemala y constante
independiente de la actuacioacuten
Mensaje de alerta y parar si
persiste
0 2 4 6 8 10 12 14 16 180
20
40
60
80
100
Dis
tan
cia
s (
mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18-10
-5
0
5
10
15
20
Tiempo (segundos)
Fu
erz
as (
N)
Fx
Fy
Fz
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200
20
40
60
80
100
Dis
tan
cia
s (
mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20-20
-15
-10
-5
0
5
10
Tiempo (segundos)
Fu
erz
as (
N)
Fx
Fy
Fz
Co
lisioacute
n c
on
herr
am
ien
ta
Colisioacuten con tejido
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT EXPERIMENTOS PROPUESTOS
1 Movimiento esfeacuterico mediante la aplicacioacuten del control EMP
2 Movimiento auto-guiado con la herramienta del cirujano en
movimiento
3 Procedimiento de sutura Insercioacuten Puncioacuten Anudado y Corte
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 1 MOVIMIENTO ESFEacuteRICO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 2 MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (I)
Maniobra 1 Insercioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (II)
Maniobra 2 Puncioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (III)
Maniobra 3 Anudado
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (IV)
Maniobra 4 Corte del Hilo
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CONCLUSIONES
El gran esfuerzo investigador en torno a la roboacutetica quiruacutergica la destaca
como una herramienta de gran utilidad en cirugiacutea laparoscoacutepica
Tres grupos de robots quiruacutergicos tele-manipuladores camaroacutegrafos y
sistemas autoacutenomos
En un punto intermedio los robots semiautoacutenomos se perfilan como los
candidatos para la cirugiacutea en solitario
Contribuciones de esta tesis para los robots semiautoacutenomos
1 Movimiento esfeacuterico del instrumental mediante muntildeecas activas
2 Sistema auto-guiado para la planificacioacuten de movimientos en el interior
de la cavidad abdominal
3 Asistencia semiautoacutenoma al procedimiento laparoscoacutepico de sutura
Implantacioacuten de las contribuciones en el prototipo CISOBOT
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
LIacuteNEAS DE INVESTIGACIOacuteN FUTURAS
Ampliar la asistencia al cirujano en otros procedimientos ademaacutes de la
sutura corte transporte agarrehellip
Modelar complicaciones producidas con mayor frecuencia durante la
ejecucioacuten de los procedimientos anteriores (error en corte limpieza de
sangradohellip)
Modificar el robot para manejar instrumental a traveacutes de un solo orificio en
teacutecnicas SILS (Single Input Laparoscopic Surgery)
Eliminar la hipoacutetesis de herramientas riacutegidas para mejorar la localizacioacuten del
punto de fulcro e interaccioacuten con el cirujano y el paciente
Cambiar el modo secuencial del diagrama de estados de la sutura para
permitir una interaccioacuten simultaacutenea con el cirujano
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
APORTACIONES CIENTIacuteFICAS
CONGRESOS INTERNACIONALES (6) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoActive Wrists Endoscope Navigation in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Mechatronics (ICM) Abril 2009 Maacutelaga (Espantildea) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoThree-Layer Control for Active Wrists in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU) B Estebanez G Jimeacutenez VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales E Bauzano J Molina ldquoMinimally Invasive Surgery Maneuver
Recognition Based on Surgeon Modelrdquo IEEE International Congerence on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU)
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo IEEE International Workshop on Robotics in Alpe-Adria-Danube Region (RAAD) Junio 2010 Budapest (Hungriacutea)
Premio al mejor artiacuteculo de estudiante (Best Paper Award) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoAuto-Guided Movements on Minimally Invasive Surgery for Surgeon Assistancerdquo
IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2010 Taipei (Taiwaacuten) B Estebanez E Bauzano VF Muntildeoz ldquoSurgical Tools Pose Estimation for a Multimodal HMI of a Surgical Robot Assistantrdquo IEEE
International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Septiembre 2011 San Francisco (EEUU)
LIBROS Y REVISTAS (2) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoControl Methodologies for Endoscope Navigation in Robotized
Laparoscopic Surgeryrdquo Research and Education in Robotics Ed Springer-Verlag (Berliacuten Heidelberg) 2010 Vol 82 pp 11-22 ISBN 978-3-642-16369
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo International Journal of Mechanics and Control (JoMaC) Ed Levrotto amp Bella (Torino Italia) 2011 Vol 12 no 1 ISSN 1590-8844
CONGRESOS NACIONALES (10) ndash POSTERS Y WORKSHOPS
Proyecto de Excelencia P07-TEP-02897
ROBOT ASISTENTE SEMIAUTOacuteNOMO DE
DOS BRAZOS PARA INTERVENCIONES DE
CIRUGIacuteA LAPAROSCOacutePICA
Enrique Bauzano Nuacutentildeez
DEPARTAMENTO DE INGENIERIacuteA DE SISTEMAS Y AUTOMAacuteTICA
UNIVERSIDAD DE MAacuteLAGA
DEFENSA DE TESIS DOCTORAL
Directores Dr Viacutector F Muntildeoz Martiacutenez
Dra Isabel Garciacutea Morales
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SELECTOR DE COMPORTAMIENTOS
67
3 2
Esfera de direcciones
14
58
rv
C CY
CX
CZ
sv
vr
vs
1 2 3 4 5 6 7 8
1 A L ML L C L ML L
2 L A L ML L C L ML
3 C MC A L C MC C L
4 MC C L A MC C L C
5 C L ML L A L ML L
6 L C L ML L A L ML
7 C MC C L C MC A L
8 MC C L C MC C L A
c1
c2
c3
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 1 PLANIFICADOR LOCAL
atrFrepF
RM SMf
RM
O
RG
SG
L
l
i
repatr UU i
repatr1 FFF
0
02
0
0
2
ˆˆ11
2
nρ
F
rF
rep
fatr
f
rep
atr
rK
L
l
K
dt
m1
11
Fv
Proceso Planificador_Local
1) Localizar el punto guiacutea MR2) Calcular el objetivo asociado al punto guiacutea MfR3) Calcular la fuerza F1 =gt Velocidad del punto guiacutea v14) Calcular la velocidad en el efector final del robot
5) Ejecutar movimiento del robot
6) Si no se ha alcanzado el objetivo O con el extremo de la herramienta volver a 1)
Fin de Procedimiento
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 2 CORRECCIOacuteN DE VELOCIDAD
Recta de
Colisioacuten
CP
RG
SG
SP
rv
sv
)( cR tP)( cS tP
RP
r2 vv 2K
dc
tc
Cero Baja Media Lejos Muy Lejos
Cero Maacutex Maacutex Muy Alta Muy Alta Alta
Bajo Maacutex Muy Alta Alta Alta Media
Medio Muy Alta Alta Media Media Poca
Bastante Muy Alta Alta Media Poca Nula
Mucho Alta Media Poca Nula Nula
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 3 SEGUIMIENTO DEL CIRUJANO
GR GS
s3 vF 3B dt
m
Bs3 vv
1
3
3
Proceso Auto_Guiado
1) Calcular los pesos de cada comportamiento c1 c2 c32) Calcular las velocidades de los tres comportamientos v1 v2 v3 3) Ponderar cada velocidad con su peso sumar e integrar =gt siguiente punto del camino rp4) Ejecutar movimiento del robot
5) Si el robot no ha llegado al objetivo ro volver a 1)
Fin de Procedimiento
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
PROBLEMA 3 ASISTENCIA A LA SUTURA
EndoscopioHerramienta del
cirujano
Herramienta
auxiliar
Sujecioacuten
del hiacutegado
Escenario de Colecistectomiacutea
Protocolo
1 Elevar hiacutegado para exponer la
vesiacutecula
2 Cortar triaacutengulo de Calot y exponer
arteria y conducto ciacutesticos
3 Suturar arteria y conducto ciacutesticos
para aislar un punto intermedio
4 Cortar arteria y conducto ciacutesticos
5 Separar vesiacutecula
6 Extraer vesiacutecula del paciente
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA CONCEPTOS PREVIOS
bull Gesto Accioacuten identificable maacutes elemental de las herramientas
laparoscoacutepicas (tirar del hilo de sutura presionar tejidohellip)
bull Maniobra Secuencia de gestos que componen una actuacioacuten
definible sobre el paciente (puncioacuten corte anudadohellip)
bull Procedimiento Maniobra o secuencia de maniobras que completan
una tarea propuesta por un protocolo quiruacutergico
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA MEacuteTODO DE ROSSER (I)
Laparoscopic Suturing httpwwwyoutubecomwatchv=PmdPAVFgNXU
1 Insertar aguja y centrar Agarrar aguja
2 Presionar tejido Posicionar aguja para puncioacuten
3 Agarrar aguja tras puncioacuten Puncioacuten mediante giro de 60deg-90deg
4 Extraer aguja y tirar del hilo Soltar aguja y sostener tejido
5 Colocar aguja a la sutura Desplazar herramienta sobre el hilo
6 Mantener posicioacuten Girar 2x sentido horario
7 Tensar hilo en sentido nordeste Agarrar extremo del hilo y mantener
MANO IZQUIERDA MANO DERECHA
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA MEacuteTODO DE ROSSER (II)
Problemas
Gran cantidad de gestos entre las dos manos
Compleja sincronizacioacuten entre las herramientas laparoscoacutepicas
Solucioacuten
Asistir al cirujano manejando una herramienta con un robot
Ventajas
Menor tiempo de aprendizaje en sincronizar ambas manos
La otra mano queda libre para otras tareas no automatizables
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (I)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
S0 Inicio y preparacioacuten de sutura
S1 Insertar y centrar aguja en pantalla
S2 Coger aguja y colocar en punto de
sutura
S3 Fijar tejido
S4 Punzar tejido extraer aguja y tirar
del hilo
S5 Separar del tejido y abrir pinza
S6 Colocar aguja en pinza izquierda
S7 Posicionar aguja
S8 Rotar alrededor del hilo
S9 Tirar del hilo y cerrar nudo
S10 Acercar aguja a punto de sutura
S11 Coger ambos extremos del hilo y
tensar
S12 Coger hilo bajo pinza derecha
S13 Cambiar herramienta y cortar hilo
S14 Extraer hilo y aguja
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (II)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
T0 Comando de voz ldquoSuturardquo
T1 Robot en posicioacuten
T2 Gesto de cirujano reconocido
T3 Fuerza aplicada sobre tejido
T4 Gesto de cirujano reconocido
T5 Robot en posicioacuten
T6 Gesto de cirujano reconocido
T7 Robot en posicioacuten
T8 Gesto de cirujano reconocido
T9 Fuerza aplicada sobre el hilo
T10 Robot en posicioacuten
T11 Gesto de cirujano reconocido
T12 Robot en posicioacuten + fuerza
aplicada sobre el hilo
T13 Gesto de cirujano reconocido
T14 Robot en posicioacuten
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (III)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
Sk+1
Sk
Tk-1
Tk
Tk+1
1k
kE
1
1
k
kE
k
kE 1
k
kE
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA ASISTENTE DE ESTADOS
ASISTENTE DE ESTADOS
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
Trayectoria
Planificada
Localizacioacuten
Cirujano
Localizacioacuten
del Robot
INTERFAZ DE
VOZ
Fuerzas y
Pares
Posicioacuten
Aguja
Sentildeal de
Audio
Comando
de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
ASISTENTE DE SUTURA
Activacioacuten
Tk Estado Sk
Activacioacuten
Tk
Funciones
1) Alcanzar posicioacuten objetivo
2) Aplicar fuerza en tejidohilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
SISTEMA
ROBOT+-
1
AKoF
F
pr
MOVIMIENTO
AUTO-GUIADO
cx
or
cr r
D
DI
CONTROL
PI
++
D
-+ K
er
++
xcF
co FF
coc FFx 1
AKLey de Control
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO ASISTENCIA A LA SUTURA
Maniobra 1 Insercioacuten Maniobra 2 Puncioacuten
Maniobra 3 AnudadoManiobra 4 Corte del hilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
IMPLANTACIOacuteN PLATAFORMA CISOBOT
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Estructura Robot
Asistente
Marca 3D
Sensor de
Fuerzas
Muntildeeca Pasiva
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ENTORNO QUIRUacuteRGICO
Columna de
Laparoscopia
Tracker 3D
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Simulador de
Paciente
Herramienta del
Cirujano
Caacutemara
Laparoscoacutepica
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ARQUITECTURA DE CONTROL
SENSORES ENTORNOASISTENTE DE ESTADOS
CIRUJANO
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
BRAZOS ROBOTS
CONTROL DE
BAJO NIVEL
PACIENTE
Interaccioacute
n
Ciru
jano
Herramientas Robot
Trayectoria Planificada
Localizacioacuten Cirujano
Trayectoria ControladaLo
caliz
acioacute
n R
ob
ot
ROBOT ASISTENTE
SENSOR DE
FUERZAS
INTERFAZ DE
VOZ
Esfuerzos
Imagen Laparoscoacutepica
Contacto Robot
Aguja
Herramienta Cirujano
Activacioacuten
Sentildeal de Audio
TRACKER 3D
Comando de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
MOacuteDULO DE
VISIOacuteN
ASISTENTE
DE SUTURA Activacioacuten
Nuevo Estado
Nuevo Estado
ADQUISICIOacuteN
AUDIO
Voz del cirujano
Gesto Quiruacutergico
SIST
EMA
TOLE
RA
NTE
AFA
LLO
S
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT SISTEMA TOLERANTE A FALLOS
Evento Deteccioacuten Actuacioacuten
Fallo Hardware - Sentildeal de Fallo Hardware Parar el sistema
Colisioacuten entre brazos - Anaacutelisis de Colisioacuten cinemaacuteticaParar brazo de la caacutemara
mientras haya riesgo
Colisioacuten con herramienta
del cirujano
- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano cerca del robotParar robot mientras haya riesgo
Colisioacuten con tejidooacuterganos- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano lejos del robotExtraer herramienta del robot
Fallo de sensores- Medicioacuten anoacutemala y constante
independiente de la actuacioacuten
Mensaje de alerta y parar si
persiste
0 2 4 6 8 10 12 14 16 180
20
40
60
80
100
Dis
tan
cia
s (
mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18-10
-5
0
5
10
15
20
Tiempo (segundos)
Fu
erz
as (
N)
Fx
Fy
Fz
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200
20
40
60
80
100
Dis
tan
cia
s (
mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20-20
-15
-10
-5
0
5
10
Tiempo (segundos)
Fu
erz
as (
N)
Fx
Fy
Fz
Co
lisioacute
n c
on
herr
am
ien
ta
Colisioacuten con tejido
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT EXPERIMENTOS PROPUESTOS
1 Movimiento esfeacuterico mediante la aplicacioacuten del control EMP
2 Movimiento auto-guiado con la herramienta del cirujano en
movimiento
3 Procedimiento de sutura Insercioacuten Puncioacuten Anudado y Corte
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 1 MOVIMIENTO ESFEacuteRICO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 2 MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (I)
Maniobra 1 Insercioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (II)
Maniobra 2 Puncioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (III)
Maniobra 3 Anudado
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (IV)
Maniobra 4 Corte del Hilo
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CONCLUSIONES
El gran esfuerzo investigador en torno a la roboacutetica quiruacutergica la destaca
como una herramienta de gran utilidad en cirugiacutea laparoscoacutepica
Tres grupos de robots quiruacutergicos tele-manipuladores camaroacutegrafos y
sistemas autoacutenomos
En un punto intermedio los robots semiautoacutenomos se perfilan como los
candidatos para la cirugiacutea en solitario
Contribuciones de esta tesis para los robots semiautoacutenomos
1 Movimiento esfeacuterico del instrumental mediante muntildeecas activas
2 Sistema auto-guiado para la planificacioacuten de movimientos en el interior
de la cavidad abdominal
3 Asistencia semiautoacutenoma al procedimiento laparoscoacutepico de sutura
Implantacioacuten de las contribuciones en el prototipo CISOBOT
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
LIacuteNEAS DE INVESTIGACIOacuteN FUTURAS
Ampliar la asistencia al cirujano en otros procedimientos ademaacutes de la
sutura corte transporte agarrehellip
Modelar complicaciones producidas con mayor frecuencia durante la
ejecucioacuten de los procedimientos anteriores (error en corte limpieza de
sangradohellip)
Modificar el robot para manejar instrumental a traveacutes de un solo orificio en
teacutecnicas SILS (Single Input Laparoscopic Surgery)
Eliminar la hipoacutetesis de herramientas riacutegidas para mejorar la localizacioacuten del
punto de fulcro e interaccioacuten con el cirujano y el paciente
Cambiar el modo secuencial del diagrama de estados de la sutura para
permitir una interaccioacuten simultaacutenea con el cirujano
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
APORTACIONES CIENTIacuteFICAS
CONGRESOS INTERNACIONALES (6) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoActive Wrists Endoscope Navigation in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Mechatronics (ICM) Abril 2009 Maacutelaga (Espantildea) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoThree-Layer Control for Active Wrists in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU) B Estebanez G Jimeacutenez VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales E Bauzano J Molina ldquoMinimally Invasive Surgery Maneuver
Recognition Based on Surgeon Modelrdquo IEEE International Congerence on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU)
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo IEEE International Workshop on Robotics in Alpe-Adria-Danube Region (RAAD) Junio 2010 Budapest (Hungriacutea)
Premio al mejor artiacuteculo de estudiante (Best Paper Award) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoAuto-Guided Movements on Minimally Invasive Surgery for Surgeon Assistancerdquo
IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2010 Taipei (Taiwaacuten) B Estebanez E Bauzano VF Muntildeoz ldquoSurgical Tools Pose Estimation for a Multimodal HMI of a Surgical Robot Assistantrdquo IEEE
International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Septiembre 2011 San Francisco (EEUU)
LIBROS Y REVISTAS (2) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoControl Methodologies for Endoscope Navigation in Robotized
Laparoscopic Surgeryrdquo Research and Education in Robotics Ed Springer-Verlag (Berliacuten Heidelberg) 2010 Vol 82 pp 11-22 ISBN 978-3-642-16369
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo International Journal of Mechanics and Control (JoMaC) Ed Levrotto amp Bella (Torino Italia) 2011 Vol 12 no 1 ISSN 1590-8844
CONGRESOS NACIONALES (10) ndash POSTERS Y WORKSHOPS
Proyecto de Excelencia P07-TEP-02897
ROBOT ASISTENTE SEMIAUTOacuteNOMO DE
DOS BRAZOS PARA INTERVENCIONES DE
CIRUGIacuteA LAPAROSCOacutePICA
Enrique Bauzano Nuacutentildeez
DEPARTAMENTO DE INGENIERIacuteA DE SISTEMAS Y AUTOMAacuteTICA
UNIVERSIDAD DE MAacuteLAGA
DEFENSA DE TESIS DOCTORAL
Directores Dr Viacutector F Muntildeoz Martiacutenez
Dra Isabel Garciacutea Morales
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 1 PLANIFICADOR LOCAL
atrFrepF
RM SMf
RM
O
RG
SG
L
l
i
repatr UU i
repatr1 FFF
0
02
0
0
2
ˆˆ11
2
nρ
F
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rep
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f
rep
atr
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L
l
K
dt
m1
11
Fv
Proceso Planificador_Local
1) Localizar el punto guiacutea MR2) Calcular el objetivo asociado al punto guiacutea MfR3) Calcular la fuerza F1 =gt Velocidad del punto guiacutea v14) Calcular la velocidad en el efector final del robot
5) Ejecutar movimiento del robot
6) Si no se ha alcanzado el objetivo O con el extremo de la herramienta volver a 1)
Fin de Procedimiento
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 2 CORRECCIOacuteN DE VELOCIDAD
Recta de
Colisioacuten
CP
RG
SG
SP
rv
sv
)( cR tP)( cS tP
RP
r2 vv 2K
dc
tc
Cero Baja Media Lejos Muy Lejos
Cero Maacutex Maacutex Muy Alta Muy Alta Alta
Bajo Maacutex Muy Alta Alta Alta Media
Medio Muy Alta Alta Media Media Poca
Bastante Muy Alta Alta Media Poca Nula
Mucho Alta Media Poca Nula Nula
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 3 SEGUIMIENTO DEL CIRUJANO
GR GS
s3 vF 3B dt
m
Bs3 vv
1
3
3
Proceso Auto_Guiado
1) Calcular los pesos de cada comportamiento c1 c2 c32) Calcular las velocidades de los tres comportamientos v1 v2 v3 3) Ponderar cada velocidad con su peso sumar e integrar =gt siguiente punto del camino rp4) Ejecutar movimiento del robot
5) Si el robot no ha llegado al objetivo ro volver a 1)
Fin de Procedimiento
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
PROBLEMA 3 ASISTENCIA A LA SUTURA
EndoscopioHerramienta del
cirujano
Herramienta
auxiliar
Sujecioacuten
del hiacutegado
Escenario de Colecistectomiacutea
Protocolo
1 Elevar hiacutegado para exponer la
vesiacutecula
2 Cortar triaacutengulo de Calot y exponer
arteria y conducto ciacutesticos
3 Suturar arteria y conducto ciacutesticos
para aislar un punto intermedio
4 Cortar arteria y conducto ciacutesticos
5 Separar vesiacutecula
6 Extraer vesiacutecula del paciente
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA CONCEPTOS PREVIOS
bull Gesto Accioacuten identificable maacutes elemental de las herramientas
laparoscoacutepicas (tirar del hilo de sutura presionar tejidohellip)
bull Maniobra Secuencia de gestos que componen una actuacioacuten
definible sobre el paciente (puncioacuten corte anudadohellip)
bull Procedimiento Maniobra o secuencia de maniobras que completan
una tarea propuesta por un protocolo quiruacutergico
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA MEacuteTODO DE ROSSER (I)
Laparoscopic Suturing httpwwwyoutubecomwatchv=PmdPAVFgNXU
1 Insertar aguja y centrar Agarrar aguja
2 Presionar tejido Posicionar aguja para puncioacuten
3 Agarrar aguja tras puncioacuten Puncioacuten mediante giro de 60deg-90deg
4 Extraer aguja y tirar del hilo Soltar aguja y sostener tejido
5 Colocar aguja a la sutura Desplazar herramienta sobre el hilo
6 Mantener posicioacuten Girar 2x sentido horario
7 Tensar hilo en sentido nordeste Agarrar extremo del hilo y mantener
MANO IZQUIERDA MANO DERECHA
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA MEacuteTODO DE ROSSER (II)
Problemas
Gran cantidad de gestos entre las dos manos
Compleja sincronizacioacuten entre las herramientas laparoscoacutepicas
Solucioacuten
Asistir al cirujano manejando una herramienta con un robot
Ventajas
Menor tiempo de aprendizaje en sincronizar ambas manos
La otra mano queda libre para otras tareas no automatizables
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (I)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
S0 Inicio y preparacioacuten de sutura
S1 Insertar y centrar aguja en pantalla
S2 Coger aguja y colocar en punto de
sutura
S3 Fijar tejido
S4 Punzar tejido extraer aguja y tirar
del hilo
S5 Separar del tejido y abrir pinza
S6 Colocar aguja en pinza izquierda
S7 Posicionar aguja
S8 Rotar alrededor del hilo
S9 Tirar del hilo y cerrar nudo
S10 Acercar aguja a punto de sutura
S11 Coger ambos extremos del hilo y
tensar
S12 Coger hilo bajo pinza derecha
S13 Cambiar herramienta y cortar hilo
S14 Extraer hilo y aguja
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (II)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
T0 Comando de voz ldquoSuturardquo
T1 Robot en posicioacuten
T2 Gesto de cirujano reconocido
T3 Fuerza aplicada sobre tejido
T4 Gesto de cirujano reconocido
T5 Robot en posicioacuten
T6 Gesto de cirujano reconocido
T7 Robot en posicioacuten
T8 Gesto de cirujano reconocido
T9 Fuerza aplicada sobre el hilo
T10 Robot en posicioacuten
T11 Gesto de cirujano reconocido
T12 Robot en posicioacuten + fuerza
aplicada sobre el hilo
T13 Gesto de cirujano reconocido
T14 Robot en posicioacuten
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (III)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
Sk+1
Sk
Tk-1
Tk
Tk+1
1k
kE
1
1
k
kE
k
kE 1
k
kE
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA ASISTENTE DE ESTADOS
ASISTENTE DE ESTADOS
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
Trayectoria
Planificada
Localizacioacuten
Cirujano
Localizacioacuten
del Robot
INTERFAZ DE
VOZ
Fuerzas y
Pares
Posicioacuten
Aguja
Sentildeal de
Audio
Comando
de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
ASISTENTE DE SUTURA
Activacioacuten
Tk Estado Sk
Activacioacuten
Tk
Funciones
1) Alcanzar posicioacuten objetivo
2) Aplicar fuerza en tejidohilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
SISTEMA
ROBOT+-
1
AKoF
F
pr
MOVIMIENTO
AUTO-GUIADO
cx
or
cr r
D
DI
CONTROL
PI
++
D
-+ K
er
++
xcF
co FF
coc FFx 1
AKLey de Control
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO ASISTENCIA A LA SUTURA
Maniobra 1 Insercioacuten Maniobra 2 Puncioacuten
Maniobra 3 AnudadoManiobra 4 Corte del hilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
IMPLANTACIOacuteN PLATAFORMA CISOBOT
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Estructura Robot
Asistente
Marca 3D
Sensor de
Fuerzas
Muntildeeca Pasiva
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ENTORNO QUIRUacuteRGICO
Columna de
Laparoscopia
Tracker 3D
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Simulador de
Paciente
Herramienta del
Cirujano
Caacutemara
Laparoscoacutepica
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ARQUITECTURA DE CONTROL
SENSORES ENTORNOASISTENTE DE ESTADOS
CIRUJANO
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
BRAZOS ROBOTS
CONTROL DE
BAJO NIVEL
PACIENTE
Interaccioacute
n
Ciru
jano
Herramientas Robot
Trayectoria Planificada
Localizacioacuten Cirujano
Trayectoria ControladaLo
caliz
acioacute
n R
ob
ot
ROBOT ASISTENTE
SENSOR DE
FUERZAS
INTERFAZ DE
VOZ
Esfuerzos
Imagen Laparoscoacutepica
Contacto Robot
Aguja
Herramienta Cirujano
Activacioacuten
Sentildeal de Audio
TRACKER 3D
Comando de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
MOacuteDULO DE
VISIOacuteN
ASISTENTE
DE SUTURA Activacioacuten
Nuevo Estado
Nuevo Estado
ADQUISICIOacuteN
AUDIO
Voz del cirujano
Gesto Quiruacutergico
SIST
EMA
TOLE
RA
NTE
AFA
LLO
S
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT SISTEMA TOLERANTE A FALLOS
Evento Deteccioacuten Actuacioacuten
Fallo Hardware - Sentildeal de Fallo Hardware Parar el sistema
Colisioacuten entre brazos - Anaacutelisis de Colisioacuten cinemaacuteticaParar brazo de la caacutemara
mientras haya riesgo
Colisioacuten con herramienta
del cirujano
- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano cerca del robotParar robot mientras haya riesgo
Colisioacuten con tejidooacuterganos- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano lejos del robotExtraer herramienta del robot
Fallo de sensores- Medicioacuten anoacutemala y constante
independiente de la actuacioacuten
Mensaje de alerta y parar si
persiste
0 2 4 6 8 10 12 14 16 180
20
40
60
80
100
Dis
tan
cia
s (
mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18-10
-5
0
5
10
15
20
Tiempo (segundos)
Fu
erz
as (
N)
Fx
Fy
Fz
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200
20
40
60
80
100
Dis
tan
cia
s (
mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20-20
-15
-10
-5
0
5
10
Tiempo (segundos)
Fu
erz
as (
N)
Fx
Fy
Fz
Co
lisioacute
n c
on
herr
am
ien
ta
Colisioacuten con tejido
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT EXPERIMENTOS PROPUESTOS
1 Movimiento esfeacuterico mediante la aplicacioacuten del control EMP
2 Movimiento auto-guiado con la herramienta del cirujano en
movimiento
3 Procedimiento de sutura Insercioacuten Puncioacuten Anudado y Corte
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 1 MOVIMIENTO ESFEacuteRICO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 2 MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (I)
Maniobra 1 Insercioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (II)
Maniobra 2 Puncioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (III)
Maniobra 3 Anudado
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (IV)
Maniobra 4 Corte del Hilo
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CONCLUSIONES
El gran esfuerzo investigador en torno a la roboacutetica quiruacutergica la destaca
como una herramienta de gran utilidad en cirugiacutea laparoscoacutepica
Tres grupos de robots quiruacutergicos tele-manipuladores camaroacutegrafos y
sistemas autoacutenomos
En un punto intermedio los robots semiautoacutenomos se perfilan como los
candidatos para la cirugiacutea en solitario
Contribuciones de esta tesis para los robots semiautoacutenomos
1 Movimiento esfeacuterico del instrumental mediante muntildeecas activas
2 Sistema auto-guiado para la planificacioacuten de movimientos en el interior
de la cavidad abdominal
3 Asistencia semiautoacutenoma al procedimiento laparoscoacutepico de sutura
Implantacioacuten de las contribuciones en el prototipo CISOBOT
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
LIacuteNEAS DE INVESTIGACIOacuteN FUTURAS
Ampliar la asistencia al cirujano en otros procedimientos ademaacutes de la
sutura corte transporte agarrehellip
Modelar complicaciones producidas con mayor frecuencia durante la
ejecucioacuten de los procedimientos anteriores (error en corte limpieza de
sangradohellip)
Modificar el robot para manejar instrumental a traveacutes de un solo orificio en
teacutecnicas SILS (Single Input Laparoscopic Surgery)
Eliminar la hipoacutetesis de herramientas riacutegidas para mejorar la localizacioacuten del
punto de fulcro e interaccioacuten con el cirujano y el paciente
Cambiar el modo secuencial del diagrama de estados de la sutura para
permitir una interaccioacuten simultaacutenea con el cirujano
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
APORTACIONES CIENTIacuteFICAS
CONGRESOS INTERNACIONALES (6) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoActive Wrists Endoscope Navigation in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Mechatronics (ICM) Abril 2009 Maacutelaga (Espantildea) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoThree-Layer Control for Active Wrists in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU) B Estebanez G Jimeacutenez VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales E Bauzano J Molina ldquoMinimally Invasive Surgery Maneuver
Recognition Based on Surgeon Modelrdquo IEEE International Congerence on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU)
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo IEEE International Workshop on Robotics in Alpe-Adria-Danube Region (RAAD) Junio 2010 Budapest (Hungriacutea)
Premio al mejor artiacuteculo de estudiante (Best Paper Award) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoAuto-Guided Movements on Minimally Invasive Surgery for Surgeon Assistancerdquo
IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2010 Taipei (Taiwaacuten) B Estebanez E Bauzano VF Muntildeoz ldquoSurgical Tools Pose Estimation for a Multimodal HMI of a Surgical Robot Assistantrdquo IEEE
International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Septiembre 2011 San Francisco (EEUU)
LIBROS Y REVISTAS (2) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoControl Methodologies for Endoscope Navigation in Robotized
Laparoscopic Surgeryrdquo Research and Education in Robotics Ed Springer-Verlag (Berliacuten Heidelberg) 2010 Vol 82 pp 11-22 ISBN 978-3-642-16369
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo International Journal of Mechanics and Control (JoMaC) Ed Levrotto amp Bella (Torino Italia) 2011 Vol 12 no 1 ISSN 1590-8844
CONGRESOS NACIONALES (10) ndash POSTERS Y WORKSHOPS
Proyecto de Excelencia P07-TEP-02897
ROBOT ASISTENTE SEMIAUTOacuteNOMO DE
DOS BRAZOS PARA INTERVENCIONES DE
CIRUGIacuteA LAPAROSCOacutePICA
Enrique Bauzano Nuacutentildeez
DEPARTAMENTO DE INGENIERIacuteA DE SISTEMAS Y AUTOMAacuteTICA
UNIVERSIDAD DE MAacuteLAGA
DEFENSA DE TESIS DOCTORAL
Directores Dr Viacutector F Muntildeoz Martiacutenez
Dra Isabel Garciacutea Morales
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 2 CORRECCIOacuteN DE VELOCIDAD
Recta de
Colisioacuten
CP
RG
SG
SP
rv
sv
)( cR tP)( cS tP
RP
r2 vv 2K
dc
tc
Cero Baja Media Lejos Muy Lejos
Cero Maacutex Maacutex Muy Alta Muy Alta Alta
Bajo Maacutex Muy Alta Alta Alta Media
Medio Muy Alta Alta Media Media Poca
Bastante Muy Alta Alta Media Poca Nula
Mucho Alta Media Poca Nula Nula
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 3 SEGUIMIENTO DEL CIRUJANO
GR GS
s3 vF 3B dt
m
Bs3 vv
1
3
3
Proceso Auto_Guiado
1) Calcular los pesos de cada comportamiento c1 c2 c32) Calcular las velocidades de los tres comportamientos v1 v2 v3 3) Ponderar cada velocidad con su peso sumar e integrar =gt siguiente punto del camino rp4) Ejecutar movimiento del robot
5) Si el robot no ha llegado al objetivo ro volver a 1)
Fin de Procedimiento
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
PROBLEMA 3 ASISTENCIA A LA SUTURA
EndoscopioHerramienta del
cirujano
Herramienta
auxiliar
Sujecioacuten
del hiacutegado
Escenario de Colecistectomiacutea
Protocolo
1 Elevar hiacutegado para exponer la
vesiacutecula
2 Cortar triaacutengulo de Calot y exponer
arteria y conducto ciacutesticos
3 Suturar arteria y conducto ciacutesticos
para aislar un punto intermedio
4 Cortar arteria y conducto ciacutesticos
5 Separar vesiacutecula
6 Extraer vesiacutecula del paciente
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA CONCEPTOS PREVIOS
bull Gesto Accioacuten identificable maacutes elemental de las herramientas
laparoscoacutepicas (tirar del hilo de sutura presionar tejidohellip)
bull Maniobra Secuencia de gestos que componen una actuacioacuten
definible sobre el paciente (puncioacuten corte anudadohellip)
bull Procedimiento Maniobra o secuencia de maniobras que completan
una tarea propuesta por un protocolo quiruacutergico
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA MEacuteTODO DE ROSSER (I)
Laparoscopic Suturing httpwwwyoutubecomwatchv=PmdPAVFgNXU
1 Insertar aguja y centrar Agarrar aguja
2 Presionar tejido Posicionar aguja para puncioacuten
3 Agarrar aguja tras puncioacuten Puncioacuten mediante giro de 60deg-90deg
4 Extraer aguja y tirar del hilo Soltar aguja y sostener tejido
5 Colocar aguja a la sutura Desplazar herramienta sobre el hilo
6 Mantener posicioacuten Girar 2x sentido horario
7 Tensar hilo en sentido nordeste Agarrar extremo del hilo y mantener
MANO IZQUIERDA MANO DERECHA
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA MEacuteTODO DE ROSSER (II)
Problemas
Gran cantidad de gestos entre las dos manos
Compleja sincronizacioacuten entre las herramientas laparoscoacutepicas
Solucioacuten
Asistir al cirujano manejando una herramienta con un robot
Ventajas
Menor tiempo de aprendizaje en sincronizar ambas manos
La otra mano queda libre para otras tareas no automatizables
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (I)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
S0 Inicio y preparacioacuten de sutura
S1 Insertar y centrar aguja en pantalla
S2 Coger aguja y colocar en punto de
sutura
S3 Fijar tejido
S4 Punzar tejido extraer aguja y tirar
del hilo
S5 Separar del tejido y abrir pinza
S6 Colocar aguja en pinza izquierda
S7 Posicionar aguja
S8 Rotar alrededor del hilo
S9 Tirar del hilo y cerrar nudo
S10 Acercar aguja a punto de sutura
S11 Coger ambos extremos del hilo y
tensar
S12 Coger hilo bajo pinza derecha
S13 Cambiar herramienta y cortar hilo
S14 Extraer hilo y aguja
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (II)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
T0 Comando de voz ldquoSuturardquo
T1 Robot en posicioacuten
T2 Gesto de cirujano reconocido
T3 Fuerza aplicada sobre tejido
T4 Gesto de cirujano reconocido
T5 Robot en posicioacuten
T6 Gesto de cirujano reconocido
T7 Robot en posicioacuten
T8 Gesto de cirujano reconocido
T9 Fuerza aplicada sobre el hilo
T10 Robot en posicioacuten
T11 Gesto de cirujano reconocido
T12 Robot en posicioacuten + fuerza
aplicada sobre el hilo
T13 Gesto de cirujano reconocido
T14 Robot en posicioacuten
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (III)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
Sk+1
Sk
Tk-1
Tk
Tk+1
1k
kE
1
1
k
kE
k
kE 1
k
kE
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA ASISTENTE DE ESTADOS
ASISTENTE DE ESTADOS
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
Trayectoria
Planificada
Localizacioacuten
Cirujano
Localizacioacuten
del Robot
INTERFAZ DE
VOZ
Fuerzas y
Pares
Posicioacuten
Aguja
Sentildeal de
Audio
Comando
de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
ASISTENTE DE SUTURA
Activacioacuten
Tk Estado Sk
Activacioacuten
Tk
Funciones
1) Alcanzar posicioacuten objetivo
2) Aplicar fuerza en tejidohilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
SISTEMA
ROBOT+-
1
AKoF
F
pr
MOVIMIENTO
AUTO-GUIADO
cx
or
cr r
D
DI
CONTROL
PI
++
D
-+ K
er
++
xcF
co FF
coc FFx 1
AKLey de Control
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO ASISTENCIA A LA SUTURA
Maniobra 1 Insercioacuten Maniobra 2 Puncioacuten
Maniobra 3 AnudadoManiobra 4 Corte del hilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
IMPLANTACIOacuteN PLATAFORMA CISOBOT
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Estructura Robot
Asistente
Marca 3D
Sensor de
Fuerzas
Muntildeeca Pasiva
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ENTORNO QUIRUacuteRGICO
Columna de
Laparoscopia
Tracker 3D
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Simulador de
Paciente
Herramienta del
Cirujano
Caacutemara
Laparoscoacutepica
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ARQUITECTURA DE CONTROL
SENSORES ENTORNOASISTENTE DE ESTADOS
CIRUJANO
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
BRAZOS ROBOTS
CONTROL DE
BAJO NIVEL
PACIENTE
Interaccioacute
n
Ciru
jano
Herramientas Robot
Trayectoria Planificada
Localizacioacuten Cirujano
Trayectoria ControladaLo
caliz
acioacute
n R
ob
ot
ROBOT ASISTENTE
SENSOR DE
FUERZAS
INTERFAZ DE
VOZ
Esfuerzos
Imagen Laparoscoacutepica
Contacto Robot
Aguja
Herramienta Cirujano
Activacioacuten
Sentildeal de Audio
TRACKER 3D
Comando de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
MOacuteDULO DE
VISIOacuteN
ASISTENTE
DE SUTURA Activacioacuten
Nuevo Estado
Nuevo Estado
ADQUISICIOacuteN
AUDIO
Voz del cirujano
Gesto Quiruacutergico
SIST
EMA
TOLE
RA
NTE
AFA
LLO
S
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT SISTEMA TOLERANTE A FALLOS
Evento Deteccioacuten Actuacioacuten
Fallo Hardware - Sentildeal de Fallo Hardware Parar el sistema
Colisioacuten entre brazos - Anaacutelisis de Colisioacuten cinemaacuteticaParar brazo de la caacutemara
mientras haya riesgo
Colisioacuten con herramienta
del cirujano
- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano cerca del robotParar robot mientras haya riesgo
Colisioacuten con tejidooacuterganos- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano lejos del robotExtraer herramienta del robot
Fallo de sensores- Medicioacuten anoacutemala y constante
independiente de la actuacioacuten
Mensaje de alerta y parar si
persiste
0 2 4 6 8 10 12 14 16 180
20
40
60
80
100
Dis
tan
cia
s (
mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18-10
-5
0
5
10
15
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Tiempo (segundos)
Fu
erz
as (
N)
Fx
Fy
Fz
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200
20
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60
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Dis
tan
cia
s (
mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20-20
-15
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Tiempo (segundos)
Fu
erz
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N)
Fx
Fy
Fz
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n c
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herr
am
ien
ta
Colisioacuten con tejido
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT EXPERIMENTOS PROPUESTOS
1 Movimiento esfeacuterico mediante la aplicacioacuten del control EMP
2 Movimiento auto-guiado con la herramienta del cirujano en
movimiento
3 Procedimiento de sutura Insercioacuten Puncioacuten Anudado y Corte
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 1 MOVIMIENTO ESFEacuteRICO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 2 MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (I)
Maniobra 1 Insercioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (II)
Maniobra 2 Puncioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (III)
Maniobra 3 Anudado
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (IV)
Maniobra 4 Corte del Hilo
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CONCLUSIONES
El gran esfuerzo investigador en torno a la roboacutetica quiruacutergica la destaca
como una herramienta de gran utilidad en cirugiacutea laparoscoacutepica
Tres grupos de robots quiruacutergicos tele-manipuladores camaroacutegrafos y
sistemas autoacutenomos
En un punto intermedio los robots semiautoacutenomos se perfilan como los
candidatos para la cirugiacutea en solitario
Contribuciones de esta tesis para los robots semiautoacutenomos
1 Movimiento esfeacuterico del instrumental mediante muntildeecas activas
2 Sistema auto-guiado para la planificacioacuten de movimientos en el interior
de la cavidad abdominal
3 Asistencia semiautoacutenoma al procedimiento laparoscoacutepico de sutura
Implantacioacuten de las contribuciones en el prototipo CISOBOT
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
LIacuteNEAS DE INVESTIGACIOacuteN FUTURAS
Ampliar la asistencia al cirujano en otros procedimientos ademaacutes de la
sutura corte transporte agarrehellip
Modelar complicaciones producidas con mayor frecuencia durante la
ejecucioacuten de los procedimientos anteriores (error en corte limpieza de
sangradohellip)
Modificar el robot para manejar instrumental a traveacutes de un solo orificio en
teacutecnicas SILS (Single Input Laparoscopic Surgery)
Eliminar la hipoacutetesis de herramientas riacutegidas para mejorar la localizacioacuten del
punto de fulcro e interaccioacuten con el cirujano y el paciente
Cambiar el modo secuencial del diagrama de estados de la sutura para
permitir una interaccioacuten simultaacutenea con el cirujano
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
APORTACIONES CIENTIacuteFICAS
CONGRESOS INTERNACIONALES (6) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoActive Wrists Endoscope Navigation in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Mechatronics (ICM) Abril 2009 Maacutelaga (Espantildea) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoThree-Layer Control for Active Wrists in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU) B Estebanez G Jimeacutenez VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales E Bauzano J Molina ldquoMinimally Invasive Surgery Maneuver
Recognition Based on Surgeon Modelrdquo IEEE International Congerence on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU)
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo IEEE International Workshop on Robotics in Alpe-Adria-Danube Region (RAAD) Junio 2010 Budapest (Hungriacutea)
Premio al mejor artiacuteculo de estudiante (Best Paper Award) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoAuto-Guided Movements on Minimally Invasive Surgery for Surgeon Assistancerdquo
IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2010 Taipei (Taiwaacuten) B Estebanez E Bauzano VF Muntildeoz ldquoSurgical Tools Pose Estimation for a Multimodal HMI of a Surgical Robot Assistantrdquo IEEE
International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Septiembre 2011 San Francisco (EEUU)
LIBROS Y REVISTAS (2) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoControl Methodologies for Endoscope Navigation in Robotized
Laparoscopic Surgeryrdquo Research and Education in Robotics Ed Springer-Verlag (Berliacuten Heidelberg) 2010 Vol 82 pp 11-22 ISBN 978-3-642-16369
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo International Journal of Mechanics and Control (JoMaC) Ed Levrotto amp Bella (Torino Italia) 2011 Vol 12 no 1 ISSN 1590-8844
CONGRESOS NACIONALES (10) ndash POSTERS Y WORKSHOPS
Proyecto de Excelencia P07-TEP-02897
ROBOT ASISTENTE SEMIAUTOacuteNOMO DE
DOS BRAZOS PARA INTERVENCIONES DE
CIRUGIacuteA LAPAROSCOacutePICA
Enrique Bauzano Nuacutentildeez
DEPARTAMENTO DE INGENIERIacuteA DE SISTEMAS Y AUTOMAacuteTICA
UNIVERSIDAD DE MAacuteLAGA
DEFENSA DE TESIS DOCTORAL
Directores Dr Viacutector F Muntildeoz Martiacutenez
Dra Isabel Garciacutea Morales
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
COMPORTAMIENTO 3 SEGUIMIENTO DEL CIRUJANO
GR GS
s3 vF 3B dt
m
Bs3 vv
1
3
3
Proceso Auto_Guiado
1) Calcular los pesos de cada comportamiento c1 c2 c32) Calcular las velocidades de los tres comportamientos v1 v2 v3 3) Ponderar cada velocidad con su peso sumar e integrar =gt siguiente punto del camino rp4) Ejecutar movimiento del robot
5) Si el robot no ha llegado al objetivo ro volver a 1)
Fin de Procedimiento
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
PROBLEMA 3 ASISTENCIA A LA SUTURA
EndoscopioHerramienta del
cirujano
Herramienta
auxiliar
Sujecioacuten
del hiacutegado
Escenario de Colecistectomiacutea
Protocolo
1 Elevar hiacutegado para exponer la
vesiacutecula
2 Cortar triaacutengulo de Calot y exponer
arteria y conducto ciacutesticos
3 Suturar arteria y conducto ciacutesticos
para aislar un punto intermedio
4 Cortar arteria y conducto ciacutesticos
5 Separar vesiacutecula
6 Extraer vesiacutecula del paciente
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA CONCEPTOS PREVIOS
bull Gesto Accioacuten identificable maacutes elemental de las herramientas
laparoscoacutepicas (tirar del hilo de sutura presionar tejidohellip)
bull Maniobra Secuencia de gestos que componen una actuacioacuten
definible sobre el paciente (puncioacuten corte anudadohellip)
bull Procedimiento Maniobra o secuencia de maniobras que completan
una tarea propuesta por un protocolo quiruacutergico
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA MEacuteTODO DE ROSSER (I)
Laparoscopic Suturing httpwwwyoutubecomwatchv=PmdPAVFgNXU
1 Insertar aguja y centrar Agarrar aguja
2 Presionar tejido Posicionar aguja para puncioacuten
3 Agarrar aguja tras puncioacuten Puncioacuten mediante giro de 60deg-90deg
4 Extraer aguja y tirar del hilo Soltar aguja y sostener tejido
5 Colocar aguja a la sutura Desplazar herramienta sobre el hilo
6 Mantener posicioacuten Girar 2x sentido horario
7 Tensar hilo en sentido nordeste Agarrar extremo del hilo y mantener
MANO IZQUIERDA MANO DERECHA
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA MEacuteTODO DE ROSSER (II)
Problemas
Gran cantidad de gestos entre las dos manos
Compleja sincronizacioacuten entre las herramientas laparoscoacutepicas
Solucioacuten
Asistir al cirujano manejando una herramienta con un robot
Ventajas
Menor tiempo de aprendizaje en sincronizar ambas manos
La otra mano queda libre para otras tareas no automatizables
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (I)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
S0 Inicio y preparacioacuten de sutura
S1 Insertar y centrar aguja en pantalla
S2 Coger aguja y colocar en punto de
sutura
S3 Fijar tejido
S4 Punzar tejido extraer aguja y tirar
del hilo
S5 Separar del tejido y abrir pinza
S6 Colocar aguja en pinza izquierda
S7 Posicionar aguja
S8 Rotar alrededor del hilo
S9 Tirar del hilo y cerrar nudo
S10 Acercar aguja a punto de sutura
S11 Coger ambos extremos del hilo y
tensar
S12 Coger hilo bajo pinza derecha
S13 Cambiar herramienta y cortar hilo
S14 Extraer hilo y aguja
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (II)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
T0 Comando de voz ldquoSuturardquo
T1 Robot en posicioacuten
T2 Gesto de cirujano reconocido
T3 Fuerza aplicada sobre tejido
T4 Gesto de cirujano reconocido
T5 Robot en posicioacuten
T6 Gesto de cirujano reconocido
T7 Robot en posicioacuten
T8 Gesto de cirujano reconocido
T9 Fuerza aplicada sobre el hilo
T10 Robot en posicioacuten
T11 Gesto de cirujano reconocido
T12 Robot en posicioacuten + fuerza
aplicada sobre el hilo
T13 Gesto de cirujano reconocido
T14 Robot en posicioacuten
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (III)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
Sk+1
Sk
Tk-1
Tk
Tk+1
1k
kE
1
1
k
kE
k
kE 1
k
kE
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA ASISTENTE DE ESTADOS
ASISTENTE DE ESTADOS
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
Trayectoria
Planificada
Localizacioacuten
Cirujano
Localizacioacuten
del Robot
INTERFAZ DE
VOZ
Fuerzas y
Pares
Posicioacuten
Aguja
Sentildeal de
Audio
Comando
de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
ASISTENTE DE SUTURA
Activacioacuten
Tk Estado Sk
Activacioacuten
Tk
Funciones
1) Alcanzar posicioacuten objetivo
2) Aplicar fuerza en tejidohilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
SISTEMA
ROBOT+-
1
AKoF
F
pr
MOVIMIENTO
AUTO-GUIADO
cx
or
cr r
D
DI
CONTROL
PI
++
D
-+ K
er
++
xcF
co FF
coc FFx 1
AKLey de Control
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO ASISTENCIA A LA SUTURA
Maniobra 1 Insercioacuten Maniobra 2 Puncioacuten
Maniobra 3 AnudadoManiobra 4 Corte del hilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
IMPLANTACIOacuteN PLATAFORMA CISOBOT
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Estructura Robot
Asistente
Marca 3D
Sensor de
Fuerzas
Muntildeeca Pasiva
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ENTORNO QUIRUacuteRGICO
Columna de
Laparoscopia
Tracker 3D
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Simulador de
Paciente
Herramienta del
Cirujano
Caacutemara
Laparoscoacutepica
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ARQUITECTURA DE CONTROL
SENSORES ENTORNOASISTENTE DE ESTADOS
CIRUJANO
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
BRAZOS ROBOTS
CONTROL DE
BAJO NIVEL
PACIENTE
Interaccioacute
n
Ciru
jano
Herramientas Robot
Trayectoria Planificada
Localizacioacuten Cirujano
Trayectoria ControladaLo
caliz
acioacute
n R
ob
ot
ROBOT ASISTENTE
SENSOR DE
FUERZAS
INTERFAZ DE
VOZ
Esfuerzos
Imagen Laparoscoacutepica
Contacto Robot
Aguja
Herramienta Cirujano
Activacioacuten
Sentildeal de Audio
TRACKER 3D
Comando de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
MOacuteDULO DE
VISIOacuteN
ASISTENTE
DE SUTURA Activacioacuten
Nuevo Estado
Nuevo Estado
ADQUISICIOacuteN
AUDIO
Voz del cirujano
Gesto Quiruacutergico
SIST
EMA
TOLE
RA
NTE
AFA
LLO
S
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT SISTEMA TOLERANTE A FALLOS
Evento Deteccioacuten Actuacioacuten
Fallo Hardware - Sentildeal de Fallo Hardware Parar el sistema
Colisioacuten entre brazos - Anaacutelisis de Colisioacuten cinemaacuteticaParar brazo de la caacutemara
mientras haya riesgo
Colisioacuten con herramienta
del cirujano
- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano cerca del robotParar robot mientras haya riesgo
Colisioacuten con tejidooacuterganos- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano lejos del robotExtraer herramienta del robot
Fallo de sensores- Medicioacuten anoacutemala y constante
independiente de la actuacioacuten
Mensaje de alerta y parar si
persiste
0 2 4 6 8 10 12 14 16 180
20
40
60
80
100
Dis
tan
cia
s (
mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18-10
-5
0
5
10
15
20
Tiempo (segundos)
Fu
erz
as (
N)
Fx
Fy
Fz
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200
20
40
60
80
100
Dis
tan
cia
s (
mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20-20
-15
-10
-5
0
5
10
Tiempo (segundos)
Fu
erz
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N)
Fx
Fy
Fz
Co
lisioacute
n c
on
herr
am
ien
ta
Colisioacuten con tejido
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT EXPERIMENTOS PROPUESTOS
1 Movimiento esfeacuterico mediante la aplicacioacuten del control EMP
2 Movimiento auto-guiado con la herramienta del cirujano en
movimiento
3 Procedimiento de sutura Insercioacuten Puncioacuten Anudado y Corte
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 1 MOVIMIENTO ESFEacuteRICO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 2 MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (I)
Maniobra 1 Insercioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (II)
Maniobra 2 Puncioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (III)
Maniobra 3 Anudado
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (IV)
Maniobra 4 Corte del Hilo
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CONCLUSIONES
El gran esfuerzo investigador en torno a la roboacutetica quiruacutergica la destaca
como una herramienta de gran utilidad en cirugiacutea laparoscoacutepica
Tres grupos de robots quiruacutergicos tele-manipuladores camaroacutegrafos y
sistemas autoacutenomos
En un punto intermedio los robots semiautoacutenomos se perfilan como los
candidatos para la cirugiacutea en solitario
Contribuciones de esta tesis para los robots semiautoacutenomos
1 Movimiento esfeacuterico del instrumental mediante muntildeecas activas
2 Sistema auto-guiado para la planificacioacuten de movimientos en el interior
de la cavidad abdominal
3 Asistencia semiautoacutenoma al procedimiento laparoscoacutepico de sutura
Implantacioacuten de las contribuciones en el prototipo CISOBOT
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
LIacuteNEAS DE INVESTIGACIOacuteN FUTURAS
Ampliar la asistencia al cirujano en otros procedimientos ademaacutes de la
sutura corte transporte agarrehellip
Modelar complicaciones producidas con mayor frecuencia durante la
ejecucioacuten de los procedimientos anteriores (error en corte limpieza de
sangradohellip)
Modificar el robot para manejar instrumental a traveacutes de un solo orificio en
teacutecnicas SILS (Single Input Laparoscopic Surgery)
Eliminar la hipoacutetesis de herramientas riacutegidas para mejorar la localizacioacuten del
punto de fulcro e interaccioacuten con el cirujano y el paciente
Cambiar el modo secuencial del diagrama de estados de la sutura para
permitir una interaccioacuten simultaacutenea con el cirujano
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
APORTACIONES CIENTIacuteFICAS
CONGRESOS INTERNACIONALES (6) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoActive Wrists Endoscope Navigation in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Mechatronics (ICM) Abril 2009 Maacutelaga (Espantildea) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoThree-Layer Control for Active Wrists in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU) B Estebanez G Jimeacutenez VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales E Bauzano J Molina ldquoMinimally Invasive Surgery Maneuver
Recognition Based on Surgeon Modelrdquo IEEE International Congerence on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU)
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo IEEE International Workshop on Robotics in Alpe-Adria-Danube Region (RAAD) Junio 2010 Budapest (Hungriacutea)
Premio al mejor artiacuteculo de estudiante (Best Paper Award) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoAuto-Guided Movements on Minimally Invasive Surgery for Surgeon Assistancerdquo
IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2010 Taipei (Taiwaacuten) B Estebanez E Bauzano VF Muntildeoz ldquoSurgical Tools Pose Estimation for a Multimodal HMI of a Surgical Robot Assistantrdquo IEEE
International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Septiembre 2011 San Francisco (EEUU)
LIBROS Y REVISTAS (2) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoControl Methodologies for Endoscope Navigation in Robotized
Laparoscopic Surgeryrdquo Research and Education in Robotics Ed Springer-Verlag (Berliacuten Heidelberg) 2010 Vol 82 pp 11-22 ISBN 978-3-642-16369
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo International Journal of Mechanics and Control (JoMaC) Ed Levrotto amp Bella (Torino Italia) 2011 Vol 12 no 1 ISSN 1590-8844
CONGRESOS NACIONALES (10) ndash POSTERS Y WORKSHOPS
Proyecto de Excelencia P07-TEP-02897
ROBOT ASISTENTE SEMIAUTOacuteNOMO DE
DOS BRAZOS PARA INTERVENCIONES DE
CIRUGIacuteA LAPAROSCOacutePICA
Enrique Bauzano Nuacutentildeez
DEPARTAMENTO DE INGENIERIacuteA DE SISTEMAS Y AUTOMAacuteTICA
UNIVERSIDAD DE MAacuteLAGA
DEFENSA DE TESIS DOCTORAL
Directores Dr Viacutector F Muntildeoz Martiacutenez
Dra Isabel Garciacutea Morales
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
PROBLEMA 3 ASISTENCIA A LA SUTURA
EndoscopioHerramienta del
cirujano
Herramienta
auxiliar
Sujecioacuten
del hiacutegado
Escenario de Colecistectomiacutea
Protocolo
1 Elevar hiacutegado para exponer la
vesiacutecula
2 Cortar triaacutengulo de Calot y exponer
arteria y conducto ciacutesticos
3 Suturar arteria y conducto ciacutesticos
para aislar un punto intermedio
4 Cortar arteria y conducto ciacutesticos
5 Separar vesiacutecula
6 Extraer vesiacutecula del paciente
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA CONCEPTOS PREVIOS
bull Gesto Accioacuten identificable maacutes elemental de las herramientas
laparoscoacutepicas (tirar del hilo de sutura presionar tejidohellip)
bull Maniobra Secuencia de gestos que componen una actuacioacuten
definible sobre el paciente (puncioacuten corte anudadohellip)
bull Procedimiento Maniobra o secuencia de maniobras que completan
una tarea propuesta por un protocolo quiruacutergico
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA MEacuteTODO DE ROSSER (I)
Laparoscopic Suturing httpwwwyoutubecomwatchv=PmdPAVFgNXU
1 Insertar aguja y centrar Agarrar aguja
2 Presionar tejido Posicionar aguja para puncioacuten
3 Agarrar aguja tras puncioacuten Puncioacuten mediante giro de 60deg-90deg
4 Extraer aguja y tirar del hilo Soltar aguja y sostener tejido
5 Colocar aguja a la sutura Desplazar herramienta sobre el hilo
6 Mantener posicioacuten Girar 2x sentido horario
7 Tensar hilo en sentido nordeste Agarrar extremo del hilo y mantener
MANO IZQUIERDA MANO DERECHA
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA MEacuteTODO DE ROSSER (II)
Problemas
Gran cantidad de gestos entre las dos manos
Compleja sincronizacioacuten entre las herramientas laparoscoacutepicas
Solucioacuten
Asistir al cirujano manejando una herramienta con un robot
Ventajas
Menor tiempo de aprendizaje en sincronizar ambas manos
La otra mano queda libre para otras tareas no automatizables
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (I)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
S0 Inicio y preparacioacuten de sutura
S1 Insertar y centrar aguja en pantalla
S2 Coger aguja y colocar en punto de
sutura
S3 Fijar tejido
S4 Punzar tejido extraer aguja y tirar
del hilo
S5 Separar del tejido y abrir pinza
S6 Colocar aguja en pinza izquierda
S7 Posicionar aguja
S8 Rotar alrededor del hilo
S9 Tirar del hilo y cerrar nudo
S10 Acercar aguja a punto de sutura
S11 Coger ambos extremos del hilo y
tensar
S12 Coger hilo bajo pinza derecha
S13 Cambiar herramienta y cortar hilo
S14 Extraer hilo y aguja
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (II)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
T0 Comando de voz ldquoSuturardquo
T1 Robot en posicioacuten
T2 Gesto de cirujano reconocido
T3 Fuerza aplicada sobre tejido
T4 Gesto de cirujano reconocido
T5 Robot en posicioacuten
T6 Gesto de cirujano reconocido
T7 Robot en posicioacuten
T8 Gesto de cirujano reconocido
T9 Fuerza aplicada sobre el hilo
T10 Robot en posicioacuten
T11 Gesto de cirujano reconocido
T12 Robot en posicioacuten + fuerza
aplicada sobre el hilo
T13 Gesto de cirujano reconocido
T14 Robot en posicioacuten
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (III)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
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T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
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Sk+1
Sk
Tk-1
Tk
Tk+1
1k
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1
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kE
k
kE 1
k
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INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA ASISTENTE DE ESTADOS
ASISTENTE DE ESTADOS
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
Trayectoria
Planificada
Localizacioacuten
Cirujano
Localizacioacuten
del Robot
INTERFAZ DE
VOZ
Fuerzas y
Pares
Posicioacuten
Aguja
Sentildeal de
Audio
Comando
de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
ASISTENTE DE SUTURA
Activacioacuten
Tk Estado Sk
Activacioacuten
Tk
Funciones
1) Alcanzar posicioacuten objetivo
2) Aplicar fuerza en tejidohilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
SISTEMA
ROBOT+-
1
AKoF
F
pr
MOVIMIENTO
AUTO-GUIADO
cx
or
cr r
D
DI
CONTROL
PI
++
D
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er
++
xcF
co FF
coc FFx 1
AKLey de Control
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO ASISTENCIA A LA SUTURA
Maniobra 1 Insercioacuten Maniobra 2 Puncioacuten
Maniobra 3 AnudadoManiobra 4 Corte del hilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
IMPLANTACIOacuteN PLATAFORMA CISOBOT
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Estructura Robot
Asistente
Marca 3D
Sensor de
Fuerzas
Muntildeeca Pasiva
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ENTORNO QUIRUacuteRGICO
Columna de
Laparoscopia
Tracker 3D
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Simulador de
Paciente
Herramienta del
Cirujano
Caacutemara
Laparoscoacutepica
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ARQUITECTURA DE CONTROL
SENSORES ENTORNOASISTENTE DE ESTADOS
CIRUJANO
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
BRAZOS ROBOTS
CONTROL DE
BAJO NIVEL
PACIENTE
Interaccioacute
n
Ciru
jano
Herramientas Robot
Trayectoria Planificada
Localizacioacuten Cirujano
Trayectoria ControladaLo
caliz
acioacute
n R
ob
ot
ROBOT ASISTENTE
SENSOR DE
FUERZAS
INTERFAZ DE
VOZ
Esfuerzos
Imagen Laparoscoacutepica
Contacto Robot
Aguja
Herramienta Cirujano
Activacioacuten
Sentildeal de Audio
TRACKER 3D
Comando de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
MOacuteDULO DE
VISIOacuteN
ASISTENTE
DE SUTURA Activacioacuten
Nuevo Estado
Nuevo Estado
ADQUISICIOacuteN
AUDIO
Voz del cirujano
Gesto Quiruacutergico
SIST
EMA
TOLE
RA
NTE
AFA
LLO
S
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT SISTEMA TOLERANTE A FALLOS
Evento Deteccioacuten Actuacioacuten
Fallo Hardware - Sentildeal de Fallo Hardware Parar el sistema
Colisioacuten entre brazos - Anaacutelisis de Colisioacuten cinemaacuteticaParar brazo de la caacutemara
mientras haya riesgo
Colisioacuten con herramienta
del cirujano
- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano cerca del robotParar robot mientras haya riesgo
Colisioacuten con tejidooacuterganos- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano lejos del robotExtraer herramienta del robot
Fallo de sensores- Medicioacuten anoacutemala y constante
independiente de la actuacioacuten
Mensaje de alerta y parar si
persiste
0 2 4 6 8 10 12 14 16 180
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Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18-10
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Tiempo (segundos)
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20
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)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20-20
-15
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-5
0
5
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Tiempo (segundos)
Fu
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N)
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ta
Colisioacuten con tejido
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT EXPERIMENTOS PROPUESTOS
1 Movimiento esfeacuterico mediante la aplicacioacuten del control EMP
2 Movimiento auto-guiado con la herramienta del cirujano en
movimiento
3 Procedimiento de sutura Insercioacuten Puncioacuten Anudado y Corte
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 1 MOVIMIENTO ESFEacuteRICO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 2 MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (I)
Maniobra 1 Insercioacuten
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INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (II)
Maniobra 2 Puncioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (III)
Maniobra 3 Anudado
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INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (IV)
Maniobra 4 Corte del Hilo
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CONCLUSIONES
El gran esfuerzo investigador en torno a la roboacutetica quiruacutergica la destaca
como una herramienta de gran utilidad en cirugiacutea laparoscoacutepica
Tres grupos de robots quiruacutergicos tele-manipuladores camaroacutegrafos y
sistemas autoacutenomos
En un punto intermedio los robots semiautoacutenomos se perfilan como los
candidatos para la cirugiacutea en solitario
Contribuciones de esta tesis para los robots semiautoacutenomos
1 Movimiento esfeacuterico del instrumental mediante muntildeecas activas
2 Sistema auto-guiado para la planificacioacuten de movimientos en el interior
de la cavidad abdominal
3 Asistencia semiautoacutenoma al procedimiento laparoscoacutepico de sutura
Implantacioacuten de las contribuciones en el prototipo CISOBOT
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
LIacuteNEAS DE INVESTIGACIOacuteN FUTURAS
Ampliar la asistencia al cirujano en otros procedimientos ademaacutes de la
sutura corte transporte agarrehellip
Modelar complicaciones producidas con mayor frecuencia durante la
ejecucioacuten de los procedimientos anteriores (error en corte limpieza de
sangradohellip)
Modificar el robot para manejar instrumental a traveacutes de un solo orificio en
teacutecnicas SILS (Single Input Laparoscopic Surgery)
Eliminar la hipoacutetesis de herramientas riacutegidas para mejorar la localizacioacuten del
punto de fulcro e interaccioacuten con el cirujano y el paciente
Cambiar el modo secuencial del diagrama de estados de la sutura para
permitir una interaccioacuten simultaacutenea con el cirujano
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
APORTACIONES CIENTIacuteFICAS
CONGRESOS INTERNACIONALES (6) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoActive Wrists Endoscope Navigation in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Mechatronics (ICM) Abril 2009 Maacutelaga (Espantildea) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoThree-Layer Control for Active Wrists in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU) B Estebanez G Jimeacutenez VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales E Bauzano J Molina ldquoMinimally Invasive Surgery Maneuver
Recognition Based on Surgeon Modelrdquo IEEE International Congerence on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU)
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo IEEE International Workshop on Robotics in Alpe-Adria-Danube Region (RAAD) Junio 2010 Budapest (Hungriacutea)
Premio al mejor artiacuteculo de estudiante (Best Paper Award) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoAuto-Guided Movements on Minimally Invasive Surgery for Surgeon Assistancerdquo
IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2010 Taipei (Taiwaacuten) B Estebanez E Bauzano VF Muntildeoz ldquoSurgical Tools Pose Estimation for a Multimodal HMI of a Surgical Robot Assistantrdquo IEEE
International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Septiembre 2011 San Francisco (EEUU)
LIBROS Y REVISTAS (2) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoControl Methodologies for Endoscope Navigation in Robotized
Laparoscopic Surgeryrdquo Research and Education in Robotics Ed Springer-Verlag (Berliacuten Heidelberg) 2010 Vol 82 pp 11-22 ISBN 978-3-642-16369
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo International Journal of Mechanics and Control (JoMaC) Ed Levrotto amp Bella (Torino Italia) 2011 Vol 12 no 1 ISSN 1590-8844
CONGRESOS NACIONALES (10) ndash POSTERS Y WORKSHOPS
Proyecto de Excelencia P07-TEP-02897
ROBOT ASISTENTE SEMIAUTOacuteNOMO DE
DOS BRAZOS PARA INTERVENCIONES DE
CIRUGIacuteA LAPAROSCOacutePICA
Enrique Bauzano Nuacutentildeez
DEPARTAMENTO DE INGENIERIacuteA DE SISTEMAS Y AUTOMAacuteTICA
UNIVERSIDAD DE MAacuteLAGA
DEFENSA DE TESIS DOCTORAL
Directores Dr Viacutector F Muntildeoz Martiacutenez
Dra Isabel Garciacutea Morales
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
PROBLEMA 3 ASISTENCIA A LA SUTURA
EndoscopioHerramienta del
cirujano
Herramienta
auxiliar
Sujecioacuten
del hiacutegado
Escenario de Colecistectomiacutea
Protocolo
1 Elevar hiacutegado para exponer la
vesiacutecula
2 Cortar triaacutengulo de Calot y exponer
arteria y conducto ciacutesticos
3 Suturar arteria y conducto ciacutesticos
para aislar un punto intermedio
4 Cortar arteria y conducto ciacutesticos
5 Separar vesiacutecula
6 Extraer vesiacutecula del paciente
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA CONCEPTOS PREVIOS
bull Gesto Accioacuten identificable maacutes elemental de las herramientas
laparoscoacutepicas (tirar del hilo de sutura presionar tejidohellip)
bull Maniobra Secuencia de gestos que componen una actuacioacuten
definible sobre el paciente (puncioacuten corte anudadohellip)
bull Procedimiento Maniobra o secuencia de maniobras que completan
una tarea propuesta por un protocolo quiruacutergico
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA MEacuteTODO DE ROSSER (I)
Laparoscopic Suturing httpwwwyoutubecomwatchv=PmdPAVFgNXU
1 Insertar aguja y centrar Agarrar aguja
2 Presionar tejido Posicionar aguja para puncioacuten
3 Agarrar aguja tras puncioacuten Puncioacuten mediante giro de 60deg-90deg
4 Extraer aguja y tirar del hilo Soltar aguja y sostener tejido
5 Colocar aguja a la sutura Desplazar herramienta sobre el hilo
6 Mantener posicioacuten Girar 2x sentido horario
7 Tensar hilo en sentido nordeste Agarrar extremo del hilo y mantener
MANO IZQUIERDA MANO DERECHA
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA MEacuteTODO DE ROSSER (II)
Problemas
Gran cantidad de gestos entre las dos manos
Compleja sincronizacioacuten entre las herramientas laparoscoacutepicas
Solucioacuten
Asistir al cirujano manejando una herramienta con un robot
Ventajas
Menor tiempo de aprendizaje en sincronizar ambas manos
La otra mano queda libre para otras tareas no automatizables
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (I)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
S0 Inicio y preparacioacuten de sutura
S1 Insertar y centrar aguja en pantalla
S2 Coger aguja y colocar en punto de
sutura
S3 Fijar tejido
S4 Punzar tejido extraer aguja y tirar
del hilo
S5 Separar del tejido y abrir pinza
S6 Colocar aguja en pinza izquierda
S7 Posicionar aguja
S8 Rotar alrededor del hilo
S9 Tirar del hilo y cerrar nudo
S10 Acercar aguja a punto de sutura
S11 Coger ambos extremos del hilo y
tensar
S12 Coger hilo bajo pinza derecha
S13 Cambiar herramienta y cortar hilo
S14 Extraer hilo y aguja
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (II)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
T0 Comando de voz ldquoSuturardquo
T1 Robot en posicioacuten
T2 Gesto de cirujano reconocido
T3 Fuerza aplicada sobre tejido
T4 Gesto de cirujano reconocido
T5 Robot en posicioacuten
T6 Gesto de cirujano reconocido
T7 Robot en posicioacuten
T8 Gesto de cirujano reconocido
T9 Fuerza aplicada sobre el hilo
T10 Robot en posicioacuten
T11 Gesto de cirujano reconocido
T12 Robot en posicioacuten + fuerza
aplicada sobre el hilo
T13 Gesto de cirujano reconocido
T14 Robot en posicioacuten
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (III)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
Sk+1
Sk
Tk-1
Tk
Tk+1
1k
kE
1
1
k
kE
k
kE 1
k
kE
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA ASISTENTE DE ESTADOS
ASISTENTE DE ESTADOS
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
Trayectoria
Planificada
Localizacioacuten
Cirujano
Localizacioacuten
del Robot
INTERFAZ DE
VOZ
Fuerzas y
Pares
Posicioacuten
Aguja
Sentildeal de
Audio
Comando
de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
ASISTENTE DE SUTURA
Activacioacuten
Tk Estado Sk
Activacioacuten
Tk
Funciones
1) Alcanzar posicioacuten objetivo
2) Aplicar fuerza en tejidohilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
SISTEMA
ROBOT+-
1
AKoF
F
pr
MOVIMIENTO
AUTO-GUIADO
cx
or
cr r
D
DI
CONTROL
PI
++
D
-+ K
er
++
xcF
co FF
coc FFx 1
AKLey de Control
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO ASISTENCIA A LA SUTURA
Maniobra 1 Insercioacuten Maniobra 2 Puncioacuten
Maniobra 3 AnudadoManiobra 4 Corte del hilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
IMPLANTACIOacuteN PLATAFORMA CISOBOT
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Estructura Robot
Asistente
Marca 3D
Sensor de
Fuerzas
Muntildeeca Pasiva
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ENTORNO QUIRUacuteRGICO
Columna de
Laparoscopia
Tracker 3D
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Simulador de
Paciente
Herramienta del
Cirujano
Caacutemara
Laparoscoacutepica
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ARQUITECTURA DE CONTROL
SENSORES ENTORNOASISTENTE DE ESTADOS
CIRUJANO
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
BRAZOS ROBOTS
CONTROL DE
BAJO NIVEL
PACIENTE
Interaccioacute
n
Ciru
jano
Herramientas Robot
Trayectoria Planificada
Localizacioacuten Cirujano
Trayectoria ControladaLo
caliz
acioacute
n R
ob
ot
ROBOT ASISTENTE
SENSOR DE
FUERZAS
INTERFAZ DE
VOZ
Esfuerzos
Imagen Laparoscoacutepica
Contacto Robot
Aguja
Herramienta Cirujano
Activacioacuten
Sentildeal de Audio
TRACKER 3D
Comando de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
MOacuteDULO DE
VISIOacuteN
ASISTENTE
DE SUTURA Activacioacuten
Nuevo Estado
Nuevo Estado
ADQUISICIOacuteN
AUDIO
Voz del cirujano
Gesto Quiruacutergico
SIST
EMA
TOLE
RA
NTE
AFA
LLO
S
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT SISTEMA TOLERANTE A FALLOS
Evento Deteccioacuten Actuacioacuten
Fallo Hardware - Sentildeal de Fallo Hardware Parar el sistema
Colisioacuten entre brazos - Anaacutelisis de Colisioacuten cinemaacuteticaParar brazo de la caacutemara
mientras haya riesgo
Colisioacuten con herramienta
del cirujano
- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano cerca del robotParar robot mientras haya riesgo
Colisioacuten con tejidooacuterganos- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano lejos del robotExtraer herramienta del robot
Fallo de sensores- Medicioacuten anoacutemala y constante
independiente de la actuacioacuten
Mensaje de alerta y parar si
persiste
0 2 4 6 8 10 12 14 16 180
20
40
60
80
100
Dis
tan
cia
s (
mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18-10
-5
0
5
10
15
20
Tiempo (segundos)
Fu
erz
as (
N)
Fx
Fy
Fz
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200
20
40
60
80
100
Dis
tan
cia
s (
mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20-20
-15
-10
-5
0
5
10
Tiempo (segundos)
Fu
erz
as (
N)
Fx
Fy
Fz
Co
lisioacute
n c
on
herr
am
ien
ta
Colisioacuten con tejido
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT EXPERIMENTOS PROPUESTOS
1 Movimiento esfeacuterico mediante la aplicacioacuten del control EMP
2 Movimiento auto-guiado con la herramienta del cirujano en
movimiento
3 Procedimiento de sutura Insercioacuten Puncioacuten Anudado y Corte
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 1 MOVIMIENTO ESFEacuteRICO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 2 MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (I)
Maniobra 1 Insercioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (II)
Maniobra 2 Puncioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (III)
Maniobra 3 Anudado
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (IV)
Maniobra 4 Corte del Hilo
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CONCLUSIONES
El gran esfuerzo investigador en torno a la roboacutetica quiruacutergica la destaca
como una herramienta de gran utilidad en cirugiacutea laparoscoacutepica
Tres grupos de robots quiruacutergicos tele-manipuladores camaroacutegrafos y
sistemas autoacutenomos
En un punto intermedio los robots semiautoacutenomos se perfilan como los
candidatos para la cirugiacutea en solitario
Contribuciones de esta tesis para los robots semiautoacutenomos
1 Movimiento esfeacuterico del instrumental mediante muntildeecas activas
2 Sistema auto-guiado para la planificacioacuten de movimientos en el interior
de la cavidad abdominal
3 Asistencia semiautoacutenoma al procedimiento laparoscoacutepico de sutura
Implantacioacuten de las contribuciones en el prototipo CISOBOT
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
LIacuteNEAS DE INVESTIGACIOacuteN FUTURAS
Ampliar la asistencia al cirujano en otros procedimientos ademaacutes de la
sutura corte transporte agarrehellip
Modelar complicaciones producidas con mayor frecuencia durante la
ejecucioacuten de los procedimientos anteriores (error en corte limpieza de
sangradohellip)
Modificar el robot para manejar instrumental a traveacutes de un solo orificio en
teacutecnicas SILS (Single Input Laparoscopic Surgery)
Eliminar la hipoacutetesis de herramientas riacutegidas para mejorar la localizacioacuten del
punto de fulcro e interaccioacuten con el cirujano y el paciente
Cambiar el modo secuencial del diagrama de estados de la sutura para
permitir una interaccioacuten simultaacutenea con el cirujano
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
APORTACIONES CIENTIacuteFICAS
CONGRESOS INTERNACIONALES (6) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoActive Wrists Endoscope Navigation in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Mechatronics (ICM) Abril 2009 Maacutelaga (Espantildea) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoThree-Layer Control for Active Wrists in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU) B Estebanez G Jimeacutenez VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales E Bauzano J Molina ldquoMinimally Invasive Surgery Maneuver
Recognition Based on Surgeon Modelrdquo IEEE International Congerence on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU)
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo IEEE International Workshop on Robotics in Alpe-Adria-Danube Region (RAAD) Junio 2010 Budapest (Hungriacutea)
Premio al mejor artiacuteculo de estudiante (Best Paper Award) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoAuto-Guided Movements on Minimally Invasive Surgery for Surgeon Assistancerdquo
IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2010 Taipei (Taiwaacuten) B Estebanez E Bauzano VF Muntildeoz ldquoSurgical Tools Pose Estimation for a Multimodal HMI of a Surgical Robot Assistantrdquo IEEE
International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Septiembre 2011 San Francisco (EEUU)
LIBROS Y REVISTAS (2) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoControl Methodologies for Endoscope Navigation in Robotized
Laparoscopic Surgeryrdquo Research and Education in Robotics Ed Springer-Verlag (Berliacuten Heidelberg) 2010 Vol 82 pp 11-22 ISBN 978-3-642-16369
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo International Journal of Mechanics and Control (JoMaC) Ed Levrotto amp Bella (Torino Italia) 2011 Vol 12 no 1 ISSN 1590-8844
CONGRESOS NACIONALES (10) ndash POSTERS Y WORKSHOPS
Proyecto de Excelencia P07-TEP-02897
ROBOT ASISTENTE SEMIAUTOacuteNOMO DE
DOS BRAZOS PARA INTERVENCIONES DE
CIRUGIacuteA LAPAROSCOacutePICA
Enrique Bauzano Nuacutentildeez
DEPARTAMENTO DE INGENIERIacuteA DE SISTEMAS Y AUTOMAacuteTICA
UNIVERSIDAD DE MAacuteLAGA
DEFENSA DE TESIS DOCTORAL
Directores Dr Viacutector F Muntildeoz Martiacutenez
Dra Isabel Garciacutea Morales
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA CONCEPTOS PREVIOS
bull Gesto Accioacuten identificable maacutes elemental de las herramientas
laparoscoacutepicas (tirar del hilo de sutura presionar tejidohellip)
bull Maniobra Secuencia de gestos que componen una actuacioacuten
definible sobre el paciente (puncioacuten corte anudadohellip)
bull Procedimiento Maniobra o secuencia de maniobras que completan
una tarea propuesta por un protocolo quiruacutergico
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA MEacuteTODO DE ROSSER (I)
Laparoscopic Suturing httpwwwyoutubecomwatchv=PmdPAVFgNXU
1 Insertar aguja y centrar Agarrar aguja
2 Presionar tejido Posicionar aguja para puncioacuten
3 Agarrar aguja tras puncioacuten Puncioacuten mediante giro de 60deg-90deg
4 Extraer aguja y tirar del hilo Soltar aguja y sostener tejido
5 Colocar aguja a la sutura Desplazar herramienta sobre el hilo
6 Mantener posicioacuten Girar 2x sentido horario
7 Tensar hilo en sentido nordeste Agarrar extremo del hilo y mantener
MANO IZQUIERDA MANO DERECHA
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA MEacuteTODO DE ROSSER (II)
Problemas
Gran cantidad de gestos entre las dos manos
Compleja sincronizacioacuten entre las herramientas laparoscoacutepicas
Solucioacuten
Asistir al cirujano manejando una herramienta con un robot
Ventajas
Menor tiempo de aprendizaje en sincronizar ambas manos
La otra mano queda libre para otras tareas no automatizables
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (I)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
S0 Inicio y preparacioacuten de sutura
S1 Insertar y centrar aguja en pantalla
S2 Coger aguja y colocar en punto de
sutura
S3 Fijar tejido
S4 Punzar tejido extraer aguja y tirar
del hilo
S5 Separar del tejido y abrir pinza
S6 Colocar aguja en pinza izquierda
S7 Posicionar aguja
S8 Rotar alrededor del hilo
S9 Tirar del hilo y cerrar nudo
S10 Acercar aguja a punto de sutura
S11 Coger ambos extremos del hilo y
tensar
S12 Coger hilo bajo pinza derecha
S13 Cambiar herramienta y cortar hilo
S14 Extraer hilo y aguja
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (II)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
T0 Comando de voz ldquoSuturardquo
T1 Robot en posicioacuten
T2 Gesto de cirujano reconocido
T3 Fuerza aplicada sobre tejido
T4 Gesto de cirujano reconocido
T5 Robot en posicioacuten
T6 Gesto de cirujano reconocido
T7 Robot en posicioacuten
T8 Gesto de cirujano reconocido
T9 Fuerza aplicada sobre el hilo
T10 Robot en posicioacuten
T11 Gesto de cirujano reconocido
T12 Robot en posicioacuten + fuerza
aplicada sobre el hilo
T13 Gesto de cirujano reconocido
T14 Robot en posicioacuten
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (III)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
Sk+1
Sk
Tk-1
Tk
Tk+1
1k
kE
1
1
k
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k
kE 1
k
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INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA ASISTENTE DE ESTADOS
ASISTENTE DE ESTADOS
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
Trayectoria
Planificada
Localizacioacuten
Cirujano
Localizacioacuten
del Robot
INTERFAZ DE
VOZ
Fuerzas y
Pares
Posicioacuten
Aguja
Sentildeal de
Audio
Comando
de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
ASISTENTE DE SUTURA
Activacioacuten
Tk Estado Sk
Activacioacuten
Tk
Funciones
1) Alcanzar posicioacuten objetivo
2) Aplicar fuerza en tejidohilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
SISTEMA
ROBOT+-
1
AKoF
F
pr
MOVIMIENTO
AUTO-GUIADO
cx
or
cr r
D
DI
CONTROL
PI
++
D
-+ K
er
++
xcF
co FF
coc FFx 1
AKLey de Control
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO ASISTENCIA A LA SUTURA
Maniobra 1 Insercioacuten Maniobra 2 Puncioacuten
Maniobra 3 AnudadoManiobra 4 Corte del hilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
IMPLANTACIOacuteN PLATAFORMA CISOBOT
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Estructura Robot
Asistente
Marca 3D
Sensor de
Fuerzas
Muntildeeca Pasiva
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ENTORNO QUIRUacuteRGICO
Columna de
Laparoscopia
Tracker 3D
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Simulador de
Paciente
Herramienta del
Cirujano
Caacutemara
Laparoscoacutepica
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ARQUITECTURA DE CONTROL
SENSORES ENTORNOASISTENTE DE ESTADOS
CIRUJANO
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
BRAZOS ROBOTS
CONTROL DE
BAJO NIVEL
PACIENTE
Interaccioacute
n
Ciru
jano
Herramientas Robot
Trayectoria Planificada
Localizacioacuten Cirujano
Trayectoria ControladaLo
caliz
acioacute
n R
ob
ot
ROBOT ASISTENTE
SENSOR DE
FUERZAS
INTERFAZ DE
VOZ
Esfuerzos
Imagen Laparoscoacutepica
Contacto Robot
Aguja
Herramienta Cirujano
Activacioacuten
Sentildeal de Audio
TRACKER 3D
Comando de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
MOacuteDULO DE
VISIOacuteN
ASISTENTE
DE SUTURA Activacioacuten
Nuevo Estado
Nuevo Estado
ADQUISICIOacuteN
AUDIO
Voz del cirujano
Gesto Quiruacutergico
SIST
EMA
TOLE
RA
NTE
AFA
LLO
S
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT SISTEMA TOLERANTE A FALLOS
Evento Deteccioacuten Actuacioacuten
Fallo Hardware - Sentildeal de Fallo Hardware Parar el sistema
Colisioacuten entre brazos - Anaacutelisis de Colisioacuten cinemaacuteticaParar brazo de la caacutemara
mientras haya riesgo
Colisioacuten con herramienta
del cirujano
- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano cerca del robotParar robot mientras haya riesgo
Colisioacuten con tejidooacuterganos- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano lejos del robotExtraer herramienta del robot
Fallo de sensores- Medicioacuten anoacutemala y constante
independiente de la actuacioacuten
Mensaje de alerta y parar si
persiste
0 2 4 6 8 10 12 14 16 180
20
40
60
80
100
Dis
tan
cia
s (
mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18-10
-5
0
5
10
15
20
Tiempo (segundos)
Fu
erz
as (
N)
Fx
Fy
Fz
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200
20
40
60
80
100
Dis
tan
cia
s (
mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20-20
-15
-10
-5
0
5
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Tiempo (segundos)
Fu
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N)
Fx
Fy
Fz
Co
lisioacute
n c
on
herr
am
ien
ta
Colisioacuten con tejido
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT EXPERIMENTOS PROPUESTOS
1 Movimiento esfeacuterico mediante la aplicacioacuten del control EMP
2 Movimiento auto-guiado con la herramienta del cirujano en
movimiento
3 Procedimiento de sutura Insercioacuten Puncioacuten Anudado y Corte
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 1 MOVIMIENTO ESFEacuteRICO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 2 MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (I)
Maniobra 1 Insercioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (II)
Maniobra 2 Puncioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (III)
Maniobra 3 Anudado
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (IV)
Maniobra 4 Corte del Hilo
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CONCLUSIONES
El gran esfuerzo investigador en torno a la roboacutetica quiruacutergica la destaca
como una herramienta de gran utilidad en cirugiacutea laparoscoacutepica
Tres grupos de robots quiruacutergicos tele-manipuladores camaroacutegrafos y
sistemas autoacutenomos
En un punto intermedio los robots semiautoacutenomos se perfilan como los
candidatos para la cirugiacutea en solitario
Contribuciones de esta tesis para los robots semiautoacutenomos
1 Movimiento esfeacuterico del instrumental mediante muntildeecas activas
2 Sistema auto-guiado para la planificacioacuten de movimientos en el interior
de la cavidad abdominal
3 Asistencia semiautoacutenoma al procedimiento laparoscoacutepico de sutura
Implantacioacuten de las contribuciones en el prototipo CISOBOT
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
LIacuteNEAS DE INVESTIGACIOacuteN FUTURAS
Ampliar la asistencia al cirujano en otros procedimientos ademaacutes de la
sutura corte transporte agarrehellip
Modelar complicaciones producidas con mayor frecuencia durante la
ejecucioacuten de los procedimientos anteriores (error en corte limpieza de
sangradohellip)
Modificar el robot para manejar instrumental a traveacutes de un solo orificio en
teacutecnicas SILS (Single Input Laparoscopic Surgery)
Eliminar la hipoacutetesis de herramientas riacutegidas para mejorar la localizacioacuten del
punto de fulcro e interaccioacuten con el cirujano y el paciente
Cambiar el modo secuencial del diagrama de estados de la sutura para
permitir una interaccioacuten simultaacutenea con el cirujano
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
APORTACIONES CIENTIacuteFICAS
CONGRESOS INTERNACIONALES (6) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoActive Wrists Endoscope Navigation in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Mechatronics (ICM) Abril 2009 Maacutelaga (Espantildea) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoThree-Layer Control for Active Wrists in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU) B Estebanez G Jimeacutenez VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales E Bauzano J Molina ldquoMinimally Invasive Surgery Maneuver
Recognition Based on Surgeon Modelrdquo IEEE International Congerence on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU)
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo IEEE International Workshop on Robotics in Alpe-Adria-Danube Region (RAAD) Junio 2010 Budapest (Hungriacutea)
Premio al mejor artiacuteculo de estudiante (Best Paper Award) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoAuto-Guided Movements on Minimally Invasive Surgery for Surgeon Assistancerdquo
IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2010 Taipei (Taiwaacuten) B Estebanez E Bauzano VF Muntildeoz ldquoSurgical Tools Pose Estimation for a Multimodal HMI of a Surgical Robot Assistantrdquo IEEE
International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Septiembre 2011 San Francisco (EEUU)
LIBROS Y REVISTAS (2) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoControl Methodologies for Endoscope Navigation in Robotized
Laparoscopic Surgeryrdquo Research and Education in Robotics Ed Springer-Verlag (Berliacuten Heidelberg) 2010 Vol 82 pp 11-22 ISBN 978-3-642-16369
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo International Journal of Mechanics and Control (JoMaC) Ed Levrotto amp Bella (Torino Italia) 2011 Vol 12 no 1 ISSN 1590-8844
CONGRESOS NACIONALES (10) ndash POSTERS Y WORKSHOPS
Proyecto de Excelencia P07-TEP-02897
ROBOT ASISTENTE SEMIAUTOacuteNOMO DE
DOS BRAZOS PARA INTERVENCIONES DE
CIRUGIacuteA LAPAROSCOacutePICA
Enrique Bauzano Nuacutentildeez
DEPARTAMENTO DE INGENIERIacuteA DE SISTEMAS Y AUTOMAacuteTICA
UNIVERSIDAD DE MAacuteLAGA
DEFENSA DE TESIS DOCTORAL
Directores Dr Viacutector F Muntildeoz Martiacutenez
Dra Isabel Garciacutea Morales
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA MEacuteTODO DE ROSSER (I)
Laparoscopic Suturing httpwwwyoutubecomwatchv=PmdPAVFgNXU
1 Insertar aguja y centrar Agarrar aguja
2 Presionar tejido Posicionar aguja para puncioacuten
3 Agarrar aguja tras puncioacuten Puncioacuten mediante giro de 60deg-90deg
4 Extraer aguja y tirar del hilo Soltar aguja y sostener tejido
5 Colocar aguja a la sutura Desplazar herramienta sobre el hilo
6 Mantener posicioacuten Girar 2x sentido horario
7 Tensar hilo en sentido nordeste Agarrar extremo del hilo y mantener
MANO IZQUIERDA MANO DERECHA
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA MEacuteTODO DE ROSSER (II)
Problemas
Gran cantidad de gestos entre las dos manos
Compleja sincronizacioacuten entre las herramientas laparoscoacutepicas
Solucioacuten
Asistir al cirujano manejando una herramienta con un robot
Ventajas
Menor tiempo de aprendizaje en sincronizar ambas manos
La otra mano queda libre para otras tareas no automatizables
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (I)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
S0 Inicio y preparacioacuten de sutura
S1 Insertar y centrar aguja en pantalla
S2 Coger aguja y colocar en punto de
sutura
S3 Fijar tejido
S4 Punzar tejido extraer aguja y tirar
del hilo
S5 Separar del tejido y abrir pinza
S6 Colocar aguja en pinza izquierda
S7 Posicionar aguja
S8 Rotar alrededor del hilo
S9 Tirar del hilo y cerrar nudo
S10 Acercar aguja a punto de sutura
S11 Coger ambos extremos del hilo y
tensar
S12 Coger hilo bajo pinza derecha
S13 Cambiar herramienta y cortar hilo
S14 Extraer hilo y aguja
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (II)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
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T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
T0 Comando de voz ldquoSuturardquo
T1 Robot en posicioacuten
T2 Gesto de cirujano reconocido
T3 Fuerza aplicada sobre tejido
T4 Gesto de cirujano reconocido
T5 Robot en posicioacuten
T6 Gesto de cirujano reconocido
T7 Robot en posicioacuten
T8 Gesto de cirujano reconocido
T9 Fuerza aplicada sobre el hilo
T10 Robot en posicioacuten
T11 Gesto de cirujano reconocido
T12 Robot en posicioacuten + fuerza
aplicada sobre el hilo
T13 Gesto de cirujano reconocido
T14 Robot en posicioacuten
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (III)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
Sk+1
Sk
Tk-1
Tk
Tk+1
1k
kE
1
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k
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k
kE 1
k
kE
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA ASISTENTE DE ESTADOS
ASISTENTE DE ESTADOS
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
Trayectoria
Planificada
Localizacioacuten
Cirujano
Localizacioacuten
del Robot
INTERFAZ DE
VOZ
Fuerzas y
Pares
Posicioacuten
Aguja
Sentildeal de
Audio
Comando
de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
ASISTENTE DE SUTURA
Activacioacuten
Tk Estado Sk
Activacioacuten
Tk
Funciones
1) Alcanzar posicioacuten objetivo
2) Aplicar fuerza en tejidohilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
SISTEMA
ROBOT+-
1
AKoF
F
pr
MOVIMIENTO
AUTO-GUIADO
cx
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DI
CONTROL
PI
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xcF
co FF
coc FFx 1
AKLey de Control
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO ASISTENCIA A LA SUTURA
Maniobra 1 Insercioacuten Maniobra 2 Puncioacuten
Maniobra 3 AnudadoManiobra 4 Corte del hilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
IMPLANTACIOacuteN PLATAFORMA CISOBOT
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Estructura Robot
Asistente
Marca 3D
Sensor de
Fuerzas
Muntildeeca Pasiva
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ENTORNO QUIRUacuteRGICO
Columna de
Laparoscopia
Tracker 3D
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Simulador de
Paciente
Herramienta del
Cirujano
Caacutemara
Laparoscoacutepica
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ARQUITECTURA DE CONTROL
SENSORES ENTORNOASISTENTE DE ESTADOS
CIRUJANO
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
BRAZOS ROBOTS
CONTROL DE
BAJO NIVEL
PACIENTE
Interaccioacute
n
Ciru
jano
Herramientas Robot
Trayectoria Planificada
Localizacioacuten Cirujano
Trayectoria ControladaLo
caliz
acioacute
n R
ob
ot
ROBOT ASISTENTE
SENSOR DE
FUERZAS
INTERFAZ DE
VOZ
Esfuerzos
Imagen Laparoscoacutepica
Contacto Robot
Aguja
Herramienta Cirujano
Activacioacuten
Sentildeal de Audio
TRACKER 3D
Comando de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
MOacuteDULO DE
VISIOacuteN
ASISTENTE
DE SUTURA Activacioacuten
Nuevo Estado
Nuevo Estado
ADQUISICIOacuteN
AUDIO
Voz del cirujano
Gesto Quiruacutergico
SIST
EMA
TOLE
RA
NTE
AFA
LLO
S
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT SISTEMA TOLERANTE A FALLOS
Evento Deteccioacuten Actuacioacuten
Fallo Hardware - Sentildeal de Fallo Hardware Parar el sistema
Colisioacuten entre brazos - Anaacutelisis de Colisioacuten cinemaacuteticaParar brazo de la caacutemara
mientras haya riesgo
Colisioacuten con herramienta
del cirujano
- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano cerca del robotParar robot mientras haya riesgo
Colisioacuten con tejidooacuterganos- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano lejos del robotExtraer herramienta del robot
Fallo de sensores- Medicioacuten anoacutemala y constante
independiente de la actuacioacuten
Mensaje de alerta y parar si
persiste
0 2 4 6 8 10 12 14 16 180
20
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Dis
tan
cia
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mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18-10
-5
0
5
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Tiempo (segundos)
Fu
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N)
Fx
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0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200
20
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Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20-20
-15
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-5
0
5
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Tiempo (segundos)
Fu
erz
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N)
Fx
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Co
lisioacute
n c
on
herr
am
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ta
Colisioacuten con tejido
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT EXPERIMENTOS PROPUESTOS
1 Movimiento esfeacuterico mediante la aplicacioacuten del control EMP
2 Movimiento auto-guiado con la herramienta del cirujano en
movimiento
3 Procedimiento de sutura Insercioacuten Puncioacuten Anudado y Corte
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 1 MOVIMIENTO ESFEacuteRICO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 2 MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (I)
Maniobra 1 Insercioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (II)
Maniobra 2 Puncioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (III)
Maniobra 3 Anudado
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (IV)
Maniobra 4 Corte del Hilo
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CONCLUSIONES
El gran esfuerzo investigador en torno a la roboacutetica quiruacutergica la destaca
como una herramienta de gran utilidad en cirugiacutea laparoscoacutepica
Tres grupos de robots quiruacutergicos tele-manipuladores camaroacutegrafos y
sistemas autoacutenomos
En un punto intermedio los robots semiautoacutenomos se perfilan como los
candidatos para la cirugiacutea en solitario
Contribuciones de esta tesis para los robots semiautoacutenomos
1 Movimiento esfeacuterico del instrumental mediante muntildeecas activas
2 Sistema auto-guiado para la planificacioacuten de movimientos en el interior
de la cavidad abdominal
3 Asistencia semiautoacutenoma al procedimiento laparoscoacutepico de sutura
Implantacioacuten de las contribuciones en el prototipo CISOBOT
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
LIacuteNEAS DE INVESTIGACIOacuteN FUTURAS
Ampliar la asistencia al cirujano en otros procedimientos ademaacutes de la
sutura corte transporte agarrehellip
Modelar complicaciones producidas con mayor frecuencia durante la
ejecucioacuten de los procedimientos anteriores (error en corte limpieza de
sangradohellip)
Modificar el robot para manejar instrumental a traveacutes de un solo orificio en
teacutecnicas SILS (Single Input Laparoscopic Surgery)
Eliminar la hipoacutetesis de herramientas riacutegidas para mejorar la localizacioacuten del
punto de fulcro e interaccioacuten con el cirujano y el paciente
Cambiar el modo secuencial del diagrama de estados de la sutura para
permitir una interaccioacuten simultaacutenea con el cirujano
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
APORTACIONES CIENTIacuteFICAS
CONGRESOS INTERNACIONALES (6) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoActive Wrists Endoscope Navigation in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Mechatronics (ICM) Abril 2009 Maacutelaga (Espantildea) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoThree-Layer Control for Active Wrists in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU) B Estebanez G Jimeacutenez VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales E Bauzano J Molina ldquoMinimally Invasive Surgery Maneuver
Recognition Based on Surgeon Modelrdquo IEEE International Congerence on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU)
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo IEEE International Workshop on Robotics in Alpe-Adria-Danube Region (RAAD) Junio 2010 Budapest (Hungriacutea)
Premio al mejor artiacuteculo de estudiante (Best Paper Award) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoAuto-Guided Movements on Minimally Invasive Surgery for Surgeon Assistancerdquo
IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2010 Taipei (Taiwaacuten) B Estebanez E Bauzano VF Muntildeoz ldquoSurgical Tools Pose Estimation for a Multimodal HMI of a Surgical Robot Assistantrdquo IEEE
International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Septiembre 2011 San Francisco (EEUU)
LIBROS Y REVISTAS (2) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoControl Methodologies for Endoscope Navigation in Robotized
Laparoscopic Surgeryrdquo Research and Education in Robotics Ed Springer-Verlag (Berliacuten Heidelberg) 2010 Vol 82 pp 11-22 ISBN 978-3-642-16369
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo International Journal of Mechanics and Control (JoMaC) Ed Levrotto amp Bella (Torino Italia) 2011 Vol 12 no 1 ISSN 1590-8844
CONGRESOS NACIONALES (10) ndash POSTERS Y WORKSHOPS
Proyecto de Excelencia P07-TEP-02897
ROBOT ASISTENTE SEMIAUTOacuteNOMO DE
DOS BRAZOS PARA INTERVENCIONES DE
CIRUGIacuteA LAPAROSCOacutePICA
Enrique Bauzano Nuacutentildeez
DEPARTAMENTO DE INGENIERIacuteA DE SISTEMAS Y AUTOMAacuteTICA
UNIVERSIDAD DE MAacuteLAGA
DEFENSA DE TESIS DOCTORAL
Directores Dr Viacutector F Muntildeoz Martiacutenez
Dra Isabel Garciacutea Morales
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA MEacuteTODO DE ROSSER (II)
Problemas
Gran cantidad de gestos entre las dos manos
Compleja sincronizacioacuten entre las herramientas laparoscoacutepicas
Solucioacuten
Asistir al cirujano manejando una herramienta con un robot
Ventajas
Menor tiempo de aprendizaje en sincronizar ambas manos
La otra mano queda libre para otras tareas no automatizables
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (I)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
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S11
S10S12
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T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
S0 Inicio y preparacioacuten de sutura
S1 Insertar y centrar aguja en pantalla
S2 Coger aguja y colocar en punto de
sutura
S3 Fijar tejido
S4 Punzar tejido extraer aguja y tirar
del hilo
S5 Separar del tejido y abrir pinza
S6 Colocar aguja en pinza izquierda
S7 Posicionar aguja
S8 Rotar alrededor del hilo
S9 Tirar del hilo y cerrar nudo
S10 Acercar aguja a punto de sutura
S11 Coger ambos extremos del hilo y
tensar
S12 Coger hilo bajo pinza derecha
S13 Cambiar herramienta y cortar hilo
S14 Extraer hilo y aguja
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (II)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
T0 Comando de voz ldquoSuturardquo
T1 Robot en posicioacuten
T2 Gesto de cirujano reconocido
T3 Fuerza aplicada sobre tejido
T4 Gesto de cirujano reconocido
T5 Robot en posicioacuten
T6 Gesto de cirujano reconocido
T7 Robot en posicioacuten
T8 Gesto de cirujano reconocido
T9 Fuerza aplicada sobre el hilo
T10 Robot en posicioacuten
T11 Gesto de cirujano reconocido
T12 Robot en posicioacuten + fuerza
aplicada sobre el hilo
T13 Gesto de cirujano reconocido
T14 Robot en posicioacuten
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (III)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
Sk+1
Sk
Tk-1
Tk
Tk+1
1k
kE
1
1
k
kE
k
kE 1
k
kE
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA ASISTENTE DE ESTADOS
ASISTENTE DE ESTADOS
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
Trayectoria
Planificada
Localizacioacuten
Cirujano
Localizacioacuten
del Robot
INTERFAZ DE
VOZ
Fuerzas y
Pares
Posicioacuten
Aguja
Sentildeal de
Audio
Comando
de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
ASISTENTE DE SUTURA
Activacioacuten
Tk Estado Sk
Activacioacuten
Tk
Funciones
1) Alcanzar posicioacuten objetivo
2) Aplicar fuerza en tejidohilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
SISTEMA
ROBOT+-
1
AKoF
F
pr
MOVIMIENTO
AUTO-GUIADO
cx
or
cr r
D
DI
CONTROL
PI
++
D
-+ K
er
++
xcF
co FF
coc FFx 1
AKLey de Control
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO ASISTENCIA A LA SUTURA
Maniobra 1 Insercioacuten Maniobra 2 Puncioacuten
Maniobra 3 AnudadoManiobra 4 Corte del hilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
IMPLANTACIOacuteN PLATAFORMA CISOBOT
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Estructura Robot
Asistente
Marca 3D
Sensor de
Fuerzas
Muntildeeca Pasiva
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ENTORNO QUIRUacuteRGICO
Columna de
Laparoscopia
Tracker 3D
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Simulador de
Paciente
Herramienta del
Cirujano
Caacutemara
Laparoscoacutepica
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ARQUITECTURA DE CONTROL
SENSORES ENTORNOASISTENTE DE ESTADOS
CIRUJANO
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
BRAZOS ROBOTS
CONTROL DE
BAJO NIVEL
PACIENTE
Interaccioacute
n
Ciru
jano
Herramientas Robot
Trayectoria Planificada
Localizacioacuten Cirujano
Trayectoria ControladaLo
caliz
acioacute
n R
ob
ot
ROBOT ASISTENTE
SENSOR DE
FUERZAS
INTERFAZ DE
VOZ
Esfuerzos
Imagen Laparoscoacutepica
Contacto Robot
Aguja
Herramienta Cirujano
Activacioacuten
Sentildeal de Audio
TRACKER 3D
Comando de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
MOacuteDULO DE
VISIOacuteN
ASISTENTE
DE SUTURA Activacioacuten
Nuevo Estado
Nuevo Estado
ADQUISICIOacuteN
AUDIO
Voz del cirujano
Gesto Quiruacutergico
SIST
EMA
TOLE
RA
NTE
AFA
LLO
S
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT SISTEMA TOLERANTE A FALLOS
Evento Deteccioacuten Actuacioacuten
Fallo Hardware - Sentildeal de Fallo Hardware Parar el sistema
Colisioacuten entre brazos - Anaacutelisis de Colisioacuten cinemaacuteticaParar brazo de la caacutemara
mientras haya riesgo
Colisioacuten con herramienta
del cirujano
- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano cerca del robotParar robot mientras haya riesgo
Colisioacuten con tejidooacuterganos- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano lejos del robotExtraer herramienta del robot
Fallo de sensores- Medicioacuten anoacutemala y constante
independiente de la actuacioacuten
Mensaje de alerta y parar si
persiste
0 2 4 6 8 10 12 14 16 180
20
40
60
80
100
Dis
tan
cia
s (
mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18-10
-5
0
5
10
15
20
Tiempo (segundos)
Fu
erz
as (
N)
Fx
Fy
Fz
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200
20
40
60
80
100
Dis
tan
cia
s (
mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20-20
-15
-10
-5
0
5
10
Tiempo (segundos)
Fu
erz
as (
N)
Fx
Fy
Fz
Co
lisioacute
n c
on
herr
am
ien
ta
Colisioacuten con tejido
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT EXPERIMENTOS PROPUESTOS
1 Movimiento esfeacuterico mediante la aplicacioacuten del control EMP
2 Movimiento auto-guiado con la herramienta del cirujano en
movimiento
3 Procedimiento de sutura Insercioacuten Puncioacuten Anudado y Corte
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 1 MOVIMIENTO ESFEacuteRICO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 2 MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (I)
Maniobra 1 Insercioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (II)
Maniobra 2 Puncioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (III)
Maniobra 3 Anudado
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (IV)
Maniobra 4 Corte del Hilo
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CONCLUSIONES
El gran esfuerzo investigador en torno a la roboacutetica quiruacutergica la destaca
como una herramienta de gran utilidad en cirugiacutea laparoscoacutepica
Tres grupos de robots quiruacutergicos tele-manipuladores camaroacutegrafos y
sistemas autoacutenomos
En un punto intermedio los robots semiautoacutenomos se perfilan como los
candidatos para la cirugiacutea en solitario
Contribuciones de esta tesis para los robots semiautoacutenomos
1 Movimiento esfeacuterico del instrumental mediante muntildeecas activas
2 Sistema auto-guiado para la planificacioacuten de movimientos en el interior
de la cavidad abdominal
3 Asistencia semiautoacutenoma al procedimiento laparoscoacutepico de sutura
Implantacioacuten de las contribuciones en el prototipo CISOBOT
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
LIacuteNEAS DE INVESTIGACIOacuteN FUTURAS
Ampliar la asistencia al cirujano en otros procedimientos ademaacutes de la
sutura corte transporte agarrehellip
Modelar complicaciones producidas con mayor frecuencia durante la
ejecucioacuten de los procedimientos anteriores (error en corte limpieza de
sangradohellip)
Modificar el robot para manejar instrumental a traveacutes de un solo orificio en
teacutecnicas SILS (Single Input Laparoscopic Surgery)
Eliminar la hipoacutetesis de herramientas riacutegidas para mejorar la localizacioacuten del
punto de fulcro e interaccioacuten con el cirujano y el paciente
Cambiar el modo secuencial del diagrama de estados de la sutura para
permitir una interaccioacuten simultaacutenea con el cirujano
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
APORTACIONES CIENTIacuteFICAS
CONGRESOS INTERNACIONALES (6) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoActive Wrists Endoscope Navigation in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Mechatronics (ICM) Abril 2009 Maacutelaga (Espantildea) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoThree-Layer Control for Active Wrists in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU) B Estebanez G Jimeacutenez VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales E Bauzano J Molina ldquoMinimally Invasive Surgery Maneuver
Recognition Based on Surgeon Modelrdquo IEEE International Congerence on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU)
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo IEEE International Workshop on Robotics in Alpe-Adria-Danube Region (RAAD) Junio 2010 Budapest (Hungriacutea)
Premio al mejor artiacuteculo de estudiante (Best Paper Award) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoAuto-Guided Movements on Minimally Invasive Surgery for Surgeon Assistancerdquo
IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2010 Taipei (Taiwaacuten) B Estebanez E Bauzano VF Muntildeoz ldquoSurgical Tools Pose Estimation for a Multimodal HMI of a Surgical Robot Assistantrdquo IEEE
International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Septiembre 2011 San Francisco (EEUU)
LIBROS Y REVISTAS (2) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoControl Methodologies for Endoscope Navigation in Robotized
Laparoscopic Surgeryrdquo Research and Education in Robotics Ed Springer-Verlag (Berliacuten Heidelberg) 2010 Vol 82 pp 11-22 ISBN 978-3-642-16369
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo International Journal of Mechanics and Control (JoMaC) Ed Levrotto amp Bella (Torino Italia) 2011 Vol 12 no 1 ISSN 1590-8844
CONGRESOS NACIONALES (10) ndash POSTERS Y WORKSHOPS
Proyecto de Excelencia P07-TEP-02897
ROBOT ASISTENTE SEMIAUTOacuteNOMO DE
DOS BRAZOS PARA INTERVENCIONES DE
CIRUGIacuteA LAPAROSCOacutePICA
Enrique Bauzano Nuacutentildeez
DEPARTAMENTO DE INGENIERIacuteA DE SISTEMAS Y AUTOMAacuteTICA
UNIVERSIDAD DE MAacuteLAGA
DEFENSA DE TESIS DOCTORAL
Directores Dr Viacutector F Muntildeoz Martiacutenez
Dra Isabel Garciacutea Morales
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (I)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
S0 Inicio y preparacioacuten de sutura
S1 Insertar y centrar aguja en pantalla
S2 Coger aguja y colocar en punto de
sutura
S3 Fijar tejido
S4 Punzar tejido extraer aguja y tirar
del hilo
S5 Separar del tejido y abrir pinza
S6 Colocar aguja en pinza izquierda
S7 Posicionar aguja
S8 Rotar alrededor del hilo
S9 Tirar del hilo y cerrar nudo
S10 Acercar aguja a punto de sutura
S11 Coger ambos extremos del hilo y
tensar
S12 Coger hilo bajo pinza derecha
S13 Cambiar herramienta y cortar hilo
S14 Extraer hilo y aguja
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (II)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
T0 Comando de voz ldquoSuturardquo
T1 Robot en posicioacuten
T2 Gesto de cirujano reconocido
T3 Fuerza aplicada sobre tejido
T4 Gesto de cirujano reconocido
T5 Robot en posicioacuten
T6 Gesto de cirujano reconocido
T7 Robot en posicioacuten
T8 Gesto de cirujano reconocido
T9 Fuerza aplicada sobre el hilo
T10 Robot en posicioacuten
T11 Gesto de cirujano reconocido
T12 Robot en posicioacuten + fuerza
aplicada sobre el hilo
T13 Gesto de cirujano reconocido
T14 Robot en posicioacuten
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (III)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
Sk+1
Sk
Tk-1
Tk
Tk+1
1k
kE
1
1
k
kE
k
kE 1
k
kE
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA ASISTENTE DE ESTADOS
ASISTENTE DE ESTADOS
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
Trayectoria
Planificada
Localizacioacuten
Cirujano
Localizacioacuten
del Robot
INTERFAZ DE
VOZ
Fuerzas y
Pares
Posicioacuten
Aguja
Sentildeal de
Audio
Comando
de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
ASISTENTE DE SUTURA
Activacioacuten
Tk Estado Sk
Activacioacuten
Tk
Funciones
1) Alcanzar posicioacuten objetivo
2) Aplicar fuerza en tejidohilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
SISTEMA
ROBOT+-
1
AKoF
F
pr
MOVIMIENTO
AUTO-GUIADO
cx
or
cr r
D
DI
CONTROL
PI
++
D
-+ K
er
++
xcF
co FF
coc FFx 1
AKLey de Control
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO ASISTENCIA A LA SUTURA
Maniobra 1 Insercioacuten Maniobra 2 Puncioacuten
Maniobra 3 AnudadoManiobra 4 Corte del hilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
IMPLANTACIOacuteN PLATAFORMA CISOBOT
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Estructura Robot
Asistente
Marca 3D
Sensor de
Fuerzas
Muntildeeca Pasiva
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ENTORNO QUIRUacuteRGICO
Columna de
Laparoscopia
Tracker 3D
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Simulador de
Paciente
Herramienta del
Cirujano
Caacutemara
Laparoscoacutepica
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ARQUITECTURA DE CONTROL
SENSORES ENTORNOASISTENTE DE ESTADOS
CIRUJANO
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
BRAZOS ROBOTS
CONTROL DE
BAJO NIVEL
PACIENTE
Interaccioacute
n
Ciru
jano
Herramientas Robot
Trayectoria Planificada
Localizacioacuten Cirujano
Trayectoria ControladaLo
caliz
acioacute
n R
ob
ot
ROBOT ASISTENTE
SENSOR DE
FUERZAS
INTERFAZ DE
VOZ
Esfuerzos
Imagen Laparoscoacutepica
Contacto Robot
Aguja
Herramienta Cirujano
Activacioacuten
Sentildeal de Audio
TRACKER 3D
Comando de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
MOacuteDULO DE
VISIOacuteN
ASISTENTE
DE SUTURA Activacioacuten
Nuevo Estado
Nuevo Estado
ADQUISICIOacuteN
AUDIO
Voz del cirujano
Gesto Quiruacutergico
SIST
EMA
TOLE
RA
NTE
AFA
LLO
S
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT SISTEMA TOLERANTE A FALLOS
Evento Deteccioacuten Actuacioacuten
Fallo Hardware - Sentildeal de Fallo Hardware Parar el sistema
Colisioacuten entre brazos - Anaacutelisis de Colisioacuten cinemaacuteticaParar brazo de la caacutemara
mientras haya riesgo
Colisioacuten con herramienta
del cirujano
- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano cerca del robotParar robot mientras haya riesgo
Colisioacuten con tejidooacuterganos- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano lejos del robotExtraer herramienta del robot
Fallo de sensores- Medicioacuten anoacutemala y constante
independiente de la actuacioacuten
Mensaje de alerta y parar si
persiste
0 2 4 6 8 10 12 14 16 180
20
40
60
80
100
Dis
tan
cia
s (
mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18-10
-5
0
5
10
15
20
Tiempo (segundos)
Fu
erz
as (
N)
Fx
Fy
Fz
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200
20
40
60
80
100
Dis
tan
cia
s (
mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20-20
-15
-10
-5
0
5
10
Tiempo (segundos)
Fu
erz
as (
N)
Fx
Fy
Fz
Co
lisioacute
n c
on
herr
am
ien
ta
Colisioacuten con tejido
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT EXPERIMENTOS PROPUESTOS
1 Movimiento esfeacuterico mediante la aplicacioacuten del control EMP
2 Movimiento auto-guiado con la herramienta del cirujano en
movimiento
3 Procedimiento de sutura Insercioacuten Puncioacuten Anudado y Corte
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 1 MOVIMIENTO ESFEacuteRICO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 2 MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (I)
Maniobra 1 Insercioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (II)
Maniobra 2 Puncioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (III)
Maniobra 3 Anudado
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (IV)
Maniobra 4 Corte del Hilo
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CONCLUSIONES
El gran esfuerzo investigador en torno a la roboacutetica quiruacutergica la destaca
como una herramienta de gran utilidad en cirugiacutea laparoscoacutepica
Tres grupos de robots quiruacutergicos tele-manipuladores camaroacutegrafos y
sistemas autoacutenomos
En un punto intermedio los robots semiautoacutenomos se perfilan como los
candidatos para la cirugiacutea en solitario
Contribuciones de esta tesis para los robots semiautoacutenomos
1 Movimiento esfeacuterico del instrumental mediante muntildeecas activas
2 Sistema auto-guiado para la planificacioacuten de movimientos en el interior
de la cavidad abdominal
3 Asistencia semiautoacutenoma al procedimiento laparoscoacutepico de sutura
Implantacioacuten de las contribuciones en el prototipo CISOBOT
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
LIacuteNEAS DE INVESTIGACIOacuteN FUTURAS
Ampliar la asistencia al cirujano en otros procedimientos ademaacutes de la
sutura corte transporte agarrehellip
Modelar complicaciones producidas con mayor frecuencia durante la
ejecucioacuten de los procedimientos anteriores (error en corte limpieza de
sangradohellip)
Modificar el robot para manejar instrumental a traveacutes de un solo orificio en
teacutecnicas SILS (Single Input Laparoscopic Surgery)
Eliminar la hipoacutetesis de herramientas riacutegidas para mejorar la localizacioacuten del
punto de fulcro e interaccioacuten con el cirujano y el paciente
Cambiar el modo secuencial del diagrama de estados de la sutura para
permitir una interaccioacuten simultaacutenea con el cirujano
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
APORTACIONES CIENTIacuteFICAS
CONGRESOS INTERNACIONALES (6) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoActive Wrists Endoscope Navigation in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Mechatronics (ICM) Abril 2009 Maacutelaga (Espantildea) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoThree-Layer Control for Active Wrists in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU) B Estebanez G Jimeacutenez VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales E Bauzano J Molina ldquoMinimally Invasive Surgery Maneuver
Recognition Based on Surgeon Modelrdquo IEEE International Congerence on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU)
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo IEEE International Workshop on Robotics in Alpe-Adria-Danube Region (RAAD) Junio 2010 Budapest (Hungriacutea)
Premio al mejor artiacuteculo de estudiante (Best Paper Award) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoAuto-Guided Movements on Minimally Invasive Surgery for Surgeon Assistancerdquo
IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2010 Taipei (Taiwaacuten) B Estebanez E Bauzano VF Muntildeoz ldquoSurgical Tools Pose Estimation for a Multimodal HMI of a Surgical Robot Assistantrdquo IEEE
International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Septiembre 2011 San Francisco (EEUU)
LIBROS Y REVISTAS (2) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoControl Methodologies for Endoscope Navigation in Robotized
Laparoscopic Surgeryrdquo Research and Education in Robotics Ed Springer-Verlag (Berliacuten Heidelberg) 2010 Vol 82 pp 11-22 ISBN 978-3-642-16369
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo International Journal of Mechanics and Control (JoMaC) Ed Levrotto amp Bella (Torino Italia) 2011 Vol 12 no 1 ISSN 1590-8844
CONGRESOS NACIONALES (10) ndash POSTERS Y WORKSHOPS
Proyecto de Excelencia P07-TEP-02897
ROBOT ASISTENTE SEMIAUTOacuteNOMO DE
DOS BRAZOS PARA INTERVENCIONES DE
CIRUGIacuteA LAPAROSCOacutePICA
Enrique Bauzano Nuacutentildeez
DEPARTAMENTO DE INGENIERIacuteA DE SISTEMAS Y AUTOMAacuteTICA
UNIVERSIDAD DE MAacuteLAGA
DEFENSA DE TESIS DOCTORAL
Directores Dr Viacutector F Muntildeoz Martiacutenez
Dra Isabel Garciacutea Morales
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (II)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
T0 Comando de voz ldquoSuturardquo
T1 Robot en posicioacuten
T2 Gesto de cirujano reconocido
T3 Fuerza aplicada sobre tejido
T4 Gesto de cirujano reconocido
T5 Robot en posicioacuten
T6 Gesto de cirujano reconocido
T7 Robot en posicioacuten
T8 Gesto de cirujano reconocido
T9 Fuerza aplicada sobre el hilo
T10 Robot en posicioacuten
T11 Gesto de cirujano reconocido
T12 Robot en posicioacuten + fuerza
aplicada sobre el hilo
T13 Gesto de cirujano reconocido
T14 Robot en posicioacuten
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (III)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
Sk+1
Sk
Tk-1
Tk
Tk+1
1k
kE
1
1
k
kE
k
kE 1
k
kE
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA ASISTENTE DE ESTADOS
ASISTENTE DE ESTADOS
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
Trayectoria
Planificada
Localizacioacuten
Cirujano
Localizacioacuten
del Robot
INTERFAZ DE
VOZ
Fuerzas y
Pares
Posicioacuten
Aguja
Sentildeal de
Audio
Comando
de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
ASISTENTE DE SUTURA
Activacioacuten
Tk Estado Sk
Activacioacuten
Tk
Funciones
1) Alcanzar posicioacuten objetivo
2) Aplicar fuerza en tejidohilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
SISTEMA
ROBOT+-
1
AKoF
F
pr
MOVIMIENTO
AUTO-GUIADO
cx
or
cr r
D
DI
CONTROL
PI
++
D
-+ K
er
++
xcF
co FF
coc FFx 1
AKLey de Control
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO ASISTENCIA A LA SUTURA
Maniobra 1 Insercioacuten Maniobra 2 Puncioacuten
Maniobra 3 AnudadoManiobra 4 Corte del hilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
IMPLANTACIOacuteN PLATAFORMA CISOBOT
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Estructura Robot
Asistente
Marca 3D
Sensor de
Fuerzas
Muntildeeca Pasiva
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ENTORNO QUIRUacuteRGICO
Columna de
Laparoscopia
Tracker 3D
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Simulador de
Paciente
Herramienta del
Cirujano
Caacutemara
Laparoscoacutepica
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ARQUITECTURA DE CONTROL
SENSORES ENTORNOASISTENTE DE ESTADOS
CIRUJANO
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
BRAZOS ROBOTS
CONTROL DE
BAJO NIVEL
PACIENTE
Interaccioacute
n
Ciru
jano
Herramientas Robot
Trayectoria Planificada
Localizacioacuten Cirujano
Trayectoria ControladaLo
caliz
acioacute
n R
ob
ot
ROBOT ASISTENTE
SENSOR DE
FUERZAS
INTERFAZ DE
VOZ
Esfuerzos
Imagen Laparoscoacutepica
Contacto Robot
Aguja
Herramienta Cirujano
Activacioacuten
Sentildeal de Audio
TRACKER 3D
Comando de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
MOacuteDULO DE
VISIOacuteN
ASISTENTE
DE SUTURA Activacioacuten
Nuevo Estado
Nuevo Estado
ADQUISICIOacuteN
AUDIO
Voz del cirujano
Gesto Quiruacutergico
SIST
EMA
TOLE
RA
NTE
AFA
LLO
S
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT SISTEMA TOLERANTE A FALLOS
Evento Deteccioacuten Actuacioacuten
Fallo Hardware - Sentildeal de Fallo Hardware Parar el sistema
Colisioacuten entre brazos - Anaacutelisis de Colisioacuten cinemaacuteticaParar brazo de la caacutemara
mientras haya riesgo
Colisioacuten con herramienta
del cirujano
- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano cerca del robotParar robot mientras haya riesgo
Colisioacuten con tejidooacuterganos- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano lejos del robotExtraer herramienta del robot
Fallo de sensores- Medicioacuten anoacutemala y constante
independiente de la actuacioacuten
Mensaje de alerta y parar si
persiste
0 2 4 6 8 10 12 14 16 180
20
40
60
80
100
Dis
tan
cia
s (
mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18-10
-5
0
5
10
15
20
Tiempo (segundos)
Fu
erz
as (
N)
Fx
Fy
Fz
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200
20
40
60
80
100
Dis
tan
cia
s (
mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20-20
-15
-10
-5
0
5
10
Tiempo (segundos)
Fu
erz
as (
N)
Fx
Fy
Fz
Co
lisioacute
n c
on
herr
am
ien
ta
Colisioacuten con tejido
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT EXPERIMENTOS PROPUESTOS
1 Movimiento esfeacuterico mediante la aplicacioacuten del control EMP
2 Movimiento auto-guiado con la herramienta del cirujano en
movimiento
3 Procedimiento de sutura Insercioacuten Puncioacuten Anudado y Corte
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 1 MOVIMIENTO ESFEacuteRICO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 2 MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (I)
Maniobra 1 Insercioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (II)
Maniobra 2 Puncioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (III)
Maniobra 3 Anudado
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (IV)
Maniobra 4 Corte del Hilo
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CONCLUSIONES
El gran esfuerzo investigador en torno a la roboacutetica quiruacutergica la destaca
como una herramienta de gran utilidad en cirugiacutea laparoscoacutepica
Tres grupos de robots quiruacutergicos tele-manipuladores camaroacutegrafos y
sistemas autoacutenomos
En un punto intermedio los robots semiautoacutenomos se perfilan como los
candidatos para la cirugiacutea en solitario
Contribuciones de esta tesis para los robots semiautoacutenomos
1 Movimiento esfeacuterico del instrumental mediante muntildeecas activas
2 Sistema auto-guiado para la planificacioacuten de movimientos en el interior
de la cavidad abdominal
3 Asistencia semiautoacutenoma al procedimiento laparoscoacutepico de sutura
Implantacioacuten de las contribuciones en el prototipo CISOBOT
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
LIacuteNEAS DE INVESTIGACIOacuteN FUTURAS
Ampliar la asistencia al cirujano en otros procedimientos ademaacutes de la
sutura corte transporte agarrehellip
Modelar complicaciones producidas con mayor frecuencia durante la
ejecucioacuten de los procedimientos anteriores (error en corte limpieza de
sangradohellip)
Modificar el robot para manejar instrumental a traveacutes de un solo orificio en
teacutecnicas SILS (Single Input Laparoscopic Surgery)
Eliminar la hipoacutetesis de herramientas riacutegidas para mejorar la localizacioacuten del
punto de fulcro e interaccioacuten con el cirujano y el paciente
Cambiar el modo secuencial del diagrama de estados de la sutura para
permitir una interaccioacuten simultaacutenea con el cirujano
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
APORTACIONES CIENTIacuteFICAS
CONGRESOS INTERNACIONALES (6) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoActive Wrists Endoscope Navigation in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Mechatronics (ICM) Abril 2009 Maacutelaga (Espantildea) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoThree-Layer Control for Active Wrists in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU) B Estebanez G Jimeacutenez VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales E Bauzano J Molina ldquoMinimally Invasive Surgery Maneuver
Recognition Based on Surgeon Modelrdquo IEEE International Congerence on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU)
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo IEEE International Workshop on Robotics in Alpe-Adria-Danube Region (RAAD) Junio 2010 Budapest (Hungriacutea)
Premio al mejor artiacuteculo de estudiante (Best Paper Award) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoAuto-Guided Movements on Minimally Invasive Surgery for Surgeon Assistancerdquo
IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2010 Taipei (Taiwaacuten) B Estebanez E Bauzano VF Muntildeoz ldquoSurgical Tools Pose Estimation for a Multimodal HMI of a Surgical Robot Assistantrdquo IEEE
International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Septiembre 2011 San Francisco (EEUU)
LIBROS Y REVISTAS (2) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoControl Methodologies for Endoscope Navigation in Robotized
Laparoscopic Surgeryrdquo Research and Education in Robotics Ed Springer-Verlag (Berliacuten Heidelberg) 2010 Vol 82 pp 11-22 ISBN 978-3-642-16369
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo International Journal of Mechanics and Control (JoMaC) Ed Levrotto amp Bella (Torino Italia) 2011 Vol 12 no 1 ISSN 1590-8844
CONGRESOS NACIONALES (10) ndash POSTERS Y WORKSHOPS
Proyecto de Excelencia P07-TEP-02897
ROBOT ASISTENTE SEMIAUTOacuteNOMO DE
DOS BRAZOS PARA INTERVENCIONES DE
CIRUGIacuteA LAPAROSCOacutePICA
Enrique Bauzano Nuacutentildeez
DEPARTAMENTO DE INGENIERIacuteA DE SISTEMAS Y AUTOMAacuteTICA
UNIVERSIDAD DE MAacuteLAGA
DEFENSA DE TESIS DOCTORAL
Directores Dr Viacutector F Muntildeoz Martiacutenez
Dra Isabel Garciacutea Morales
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA DIAGRAMA DE ESTADOS (III)
PUNZADA DE LA AGUJAINSERCIOacuteN DE LA AGUJA
ANUDADOCORTE DEL HILO
S0
S2
S1 S3
S4
S5
S6
S8
S9 S7
S11
S10S12
S13
S14
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7T8
T9T10
i = 3 i lt 3
T11T12T13T14
T0
T15
Sk+1
Sk
Tk-1
Tk
Tk+1
1k
kE
1
1
k
kE
k
kE 1
k
kE
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA ASISTENTE DE ESTADOS
ASISTENTE DE ESTADOS
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
Trayectoria
Planificada
Localizacioacuten
Cirujano
Localizacioacuten
del Robot
INTERFAZ DE
VOZ
Fuerzas y
Pares
Posicioacuten
Aguja
Sentildeal de
Audio
Comando
de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
ASISTENTE DE SUTURA
Activacioacuten
Tk Estado Sk
Activacioacuten
Tk
Funciones
1) Alcanzar posicioacuten objetivo
2) Aplicar fuerza en tejidohilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
SISTEMA
ROBOT+-
1
AKoF
F
pr
MOVIMIENTO
AUTO-GUIADO
cx
or
cr r
D
DI
CONTROL
PI
++
D
-+ K
er
++
xcF
co FF
coc FFx 1
AKLey de Control
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO ASISTENCIA A LA SUTURA
Maniobra 1 Insercioacuten Maniobra 2 Puncioacuten
Maniobra 3 AnudadoManiobra 4 Corte del hilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
IMPLANTACIOacuteN PLATAFORMA CISOBOT
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Estructura Robot
Asistente
Marca 3D
Sensor de
Fuerzas
Muntildeeca Pasiva
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ENTORNO QUIRUacuteRGICO
Columna de
Laparoscopia
Tracker 3D
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Simulador de
Paciente
Herramienta del
Cirujano
Caacutemara
Laparoscoacutepica
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ARQUITECTURA DE CONTROL
SENSORES ENTORNOASISTENTE DE ESTADOS
CIRUJANO
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
BRAZOS ROBOTS
CONTROL DE
BAJO NIVEL
PACIENTE
Interaccioacute
n
Ciru
jano
Herramientas Robot
Trayectoria Planificada
Localizacioacuten Cirujano
Trayectoria ControladaLo
caliz
acioacute
n R
ob
ot
ROBOT ASISTENTE
SENSOR DE
FUERZAS
INTERFAZ DE
VOZ
Esfuerzos
Imagen Laparoscoacutepica
Contacto Robot
Aguja
Herramienta Cirujano
Activacioacuten
Sentildeal de Audio
TRACKER 3D
Comando de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
MOacuteDULO DE
VISIOacuteN
ASISTENTE
DE SUTURA Activacioacuten
Nuevo Estado
Nuevo Estado
ADQUISICIOacuteN
AUDIO
Voz del cirujano
Gesto Quiruacutergico
SIST
EMA
TOLE
RA
NTE
AFA
LLO
S
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT SISTEMA TOLERANTE A FALLOS
Evento Deteccioacuten Actuacioacuten
Fallo Hardware - Sentildeal de Fallo Hardware Parar el sistema
Colisioacuten entre brazos - Anaacutelisis de Colisioacuten cinemaacuteticaParar brazo de la caacutemara
mientras haya riesgo
Colisioacuten con herramienta
del cirujano
- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano cerca del robotParar robot mientras haya riesgo
Colisioacuten con tejidooacuterganos- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano lejos del robotExtraer herramienta del robot
Fallo de sensores- Medicioacuten anoacutemala y constante
independiente de la actuacioacuten
Mensaje de alerta y parar si
persiste
0 2 4 6 8 10 12 14 16 180
20
40
60
80
100
Dis
tan
cia
s (
mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18-10
-5
0
5
10
15
20
Tiempo (segundos)
Fu
erz
as (
N)
Fx
Fy
Fz
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200
20
40
60
80
100
Dis
tan
cia
s (
mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20-20
-15
-10
-5
0
5
10
Tiempo (segundos)
Fu
erz
as (
N)
Fx
Fy
Fz
Co
lisioacute
n c
on
herr
am
ien
ta
Colisioacuten con tejido
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT EXPERIMENTOS PROPUESTOS
1 Movimiento esfeacuterico mediante la aplicacioacuten del control EMP
2 Movimiento auto-guiado con la herramienta del cirujano en
movimiento
3 Procedimiento de sutura Insercioacuten Puncioacuten Anudado y Corte
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 1 MOVIMIENTO ESFEacuteRICO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 2 MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (I)
Maniobra 1 Insercioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (II)
Maniobra 2 Puncioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (III)
Maniobra 3 Anudado
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (IV)
Maniobra 4 Corte del Hilo
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CONCLUSIONES
El gran esfuerzo investigador en torno a la roboacutetica quiruacutergica la destaca
como una herramienta de gran utilidad en cirugiacutea laparoscoacutepica
Tres grupos de robots quiruacutergicos tele-manipuladores camaroacutegrafos y
sistemas autoacutenomos
En un punto intermedio los robots semiautoacutenomos se perfilan como los
candidatos para la cirugiacutea en solitario
Contribuciones de esta tesis para los robots semiautoacutenomos
1 Movimiento esfeacuterico del instrumental mediante muntildeecas activas
2 Sistema auto-guiado para la planificacioacuten de movimientos en el interior
de la cavidad abdominal
3 Asistencia semiautoacutenoma al procedimiento laparoscoacutepico de sutura
Implantacioacuten de las contribuciones en el prototipo CISOBOT
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
LIacuteNEAS DE INVESTIGACIOacuteN FUTURAS
Ampliar la asistencia al cirujano en otros procedimientos ademaacutes de la
sutura corte transporte agarrehellip
Modelar complicaciones producidas con mayor frecuencia durante la
ejecucioacuten de los procedimientos anteriores (error en corte limpieza de
sangradohellip)
Modificar el robot para manejar instrumental a traveacutes de un solo orificio en
teacutecnicas SILS (Single Input Laparoscopic Surgery)
Eliminar la hipoacutetesis de herramientas riacutegidas para mejorar la localizacioacuten del
punto de fulcro e interaccioacuten con el cirujano y el paciente
Cambiar el modo secuencial del diagrama de estados de la sutura para
permitir una interaccioacuten simultaacutenea con el cirujano
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
APORTACIONES CIENTIacuteFICAS
CONGRESOS INTERNACIONALES (6) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoActive Wrists Endoscope Navigation in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Mechatronics (ICM) Abril 2009 Maacutelaga (Espantildea) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoThree-Layer Control for Active Wrists in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU) B Estebanez G Jimeacutenez VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales E Bauzano J Molina ldquoMinimally Invasive Surgery Maneuver
Recognition Based on Surgeon Modelrdquo IEEE International Congerence on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU)
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo IEEE International Workshop on Robotics in Alpe-Adria-Danube Region (RAAD) Junio 2010 Budapest (Hungriacutea)
Premio al mejor artiacuteculo de estudiante (Best Paper Award) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoAuto-Guided Movements on Minimally Invasive Surgery for Surgeon Assistancerdquo
IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2010 Taipei (Taiwaacuten) B Estebanez E Bauzano VF Muntildeoz ldquoSurgical Tools Pose Estimation for a Multimodal HMI of a Surgical Robot Assistantrdquo IEEE
International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Septiembre 2011 San Francisco (EEUU)
LIBROS Y REVISTAS (2) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoControl Methodologies for Endoscope Navigation in Robotized
Laparoscopic Surgeryrdquo Research and Education in Robotics Ed Springer-Verlag (Berliacuten Heidelberg) 2010 Vol 82 pp 11-22 ISBN 978-3-642-16369
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo International Journal of Mechanics and Control (JoMaC) Ed Levrotto amp Bella (Torino Italia) 2011 Vol 12 no 1 ISSN 1590-8844
CONGRESOS NACIONALES (10) ndash POSTERS Y WORKSHOPS
Proyecto de Excelencia P07-TEP-02897
ROBOT ASISTENTE SEMIAUTOacuteNOMO DE
DOS BRAZOS PARA INTERVENCIONES DE
CIRUGIacuteA LAPAROSCOacutePICA
Enrique Bauzano Nuacutentildeez
DEPARTAMENTO DE INGENIERIacuteA DE SISTEMAS Y AUTOMAacuteTICA
UNIVERSIDAD DE MAacuteLAGA
DEFENSA DE TESIS DOCTORAL
Directores Dr Viacutector F Muntildeoz Martiacutenez
Dra Isabel Garciacutea Morales
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA ASISTENTE DE ESTADOS
ASISTENTE DE ESTADOS
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
Trayectoria
Planificada
Localizacioacuten
Cirujano
Localizacioacuten
del Robot
INTERFAZ DE
VOZ
Fuerzas y
Pares
Posicioacuten
Aguja
Sentildeal de
Audio
Comando
de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
ASISTENTE DE SUTURA
Activacioacuten
Tk Estado Sk
Activacioacuten
Tk
Funciones
1) Alcanzar posicioacuten objetivo
2) Aplicar fuerza en tejidohilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
SISTEMA
ROBOT+-
1
AKoF
F
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MOVIMIENTO
AUTO-GUIADO
cx
or
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CONTROL
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xcF
co FF
coc FFx 1
AKLey de Control
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO ASISTENCIA A LA SUTURA
Maniobra 1 Insercioacuten Maniobra 2 Puncioacuten
Maniobra 3 AnudadoManiobra 4 Corte del hilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
IMPLANTACIOacuteN PLATAFORMA CISOBOT
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Estructura Robot
Asistente
Marca 3D
Sensor de
Fuerzas
Muntildeeca Pasiva
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ENTORNO QUIRUacuteRGICO
Columna de
Laparoscopia
Tracker 3D
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Simulador de
Paciente
Herramienta del
Cirujano
Caacutemara
Laparoscoacutepica
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ARQUITECTURA DE CONTROL
SENSORES ENTORNOASISTENTE DE ESTADOS
CIRUJANO
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
BRAZOS ROBOTS
CONTROL DE
BAJO NIVEL
PACIENTE
Interaccioacute
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jano
Herramientas Robot
Trayectoria Planificada
Localizacioacuten Cirujano
Trayectoria ControladaLo
caliz
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ROBOT ASISTENTE
SENSOR DE
FUERZAS
INTERFAZ DE
VOZ
Esfuerzos
Imagen Laparoscoacutepica
Contacto Robot
Aguja
Herramienta Cirujano
Activacioacuten
Sentildeal de Audio
TRACKER 3D
Comando de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
MOacuteDULO DE
VISIOacuteN
ASISTENTE
DE SUTURA Activacioacuten
Nuevo Estado
Nuevo Estado
ADQUISICIOacuteN
AUDIO
Voz del cirujano
Gesto Quiruacutergico
SIST
EMA
TOLE
RA
NTE
AFA
LLO
S
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT SISTEMA TOLERANTE A FALLOS
Evento Deteccioacuten Actuacioacuten
Fallo Hardware - Sentildeal de Fallo Hardware Parar el sistema
Colisioacuten entre brazos - Anaacutelisis de Colisioacuten cinemaacuteticaParar brazo de la caacutemara
mientras haya riesgo
Colisioacuten con herramienta
del cirujano
- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano cerca del robotParar robot mientras haya riesgo
Colisioacuten con tejidooacuterganos- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano lejos del robotExtraer herramienta del robot
Fallo de sensores- Medicioacuten anoacutemala y constante
independiente de la actuacioacuten
Mensaje de alerta y parar si
persiste
0 2 4 6 8 10 12 14 16 180
20
40
60
80
100
Dis
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mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18-10
-5
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5
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Tiempo (segundos)
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N)
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0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200
20
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Dis
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s (
mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20-20
-15
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Tiempo (segundos)
Fu
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N)
Fx
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Colisioacuten con tejido
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT EXPERIMENTOS PROPUESTOS
1 Movimiento esfeacuterico mediante la aplicacioacuten del control EMP
2 Movimiento auto-guiado con la herramienta del cirujano en
movimiento
3 Procedimiento de sutura Insercioacuten Puncioacuten Anudado y Corte
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 1 MOVIMIENTO ESFEacuteRICO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 2 MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (I)
Maniobra 1 Insercioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (II)
Maniobra 2 Puncioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (III)
Maniobra 3 Anudado
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (IV)
Maniobra 4 Corte del Hilo
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CONCLUSIONES
El gran esfuerzo investigador en torno a la roboacutetica quiruacutergica la destaca
como una herramienta de gran utilidad en cirugiacutea laparoscoacutepica
Tres grupos de robots quiruacutergicos tele-manipuladores camaroacutegrafos y
sistemas autoacutenomos
En un punto intermedio los robots semiautoacutenomos se perfilan como los
candidatos para la cirugiacutea en solitario
Contribuciones de esta tesis para los robots semiautoacutenomos
1 Movimiento esfeacuterico del instrumental mediante muntildeecas activas
2 Sistema auto-guiado para la planificacioacuten de movimientos en el interior
de la cavidad abdominal
3 Asistencia semiautoacutenoma al procedimiento laparoscoacutepico de sutura
Implantacioacuten de las contribuciones en el prototipo CISOBOT
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
LIacuteNEAS DE INVESTIGACIOacuteN FUTURAS
Ampliar la asistencia al cirujano en otros procedimientos ademaacutes de la
sutura corte transporte agarrehellip
Modelar complicaciones producidas con mayor frecuencia durante la
ejecucioacuten de los procedimientos anteriores (error en corte limpieza de
sangradohellip)
Modificar el robot para manejar instrumental a traveacutes de un solo orificio en
teacutecnicas SILS (Single Input Laparoscopic Surgery)
Eliminar la hipoacutetesis de herramientas riacutegidas para mejorar la localizacioacuten del
punto de fulcro e interaccioacuten con el cirujano y el paciente
Cambiar el modo secuencial del diagrama de estados de la sutura para
permitir una interaccioacuten simultaacutenea con el cirujano
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
APORTACIONES CIENTIacuteFICAS
CONGRESOS INTERNACIONALES (6) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoActive Wrists Endoscope Navigation in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Mechatronics (ICM) Abril 2009 Maacutelaga (Espantildea) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoThree-Layer Control for Active Wrists in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU) B Estebanez G Jimeacutenez VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales E Bauzano J Molina ldquoMinimally Invasive Surgery Maneuver
Recognition Based on Surgeon Modelrdquo IEEE International Congerence on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU)
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo IEEE International Workshop on Robotics in Alpe-Adria-Danube Region (RAAD) Junio 2010 Budapest (Hungriacutea)
Premio al mejor artiacuteculo de estudiante (Best Paper Award) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoAuto-Guided Movements on Minimally Invasive Surgery for Surgeon Assistancerdquo
IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2010 Taipei (Taiwaacuten) B Estebanez E Bauzano VF Muntildeoz ldquoSurgical Tools Pose Estimation for a Multimodal HMI of a Surgical Robot Assistantrdquo IEEE
International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Septiembre 2011 San Francisco (EEUU)
LIBROS Y REVISTAS (2) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoControl Methodologies for Endoscope Navigation in Robotized
Laparoscopic Surgeryrdquo Research and Education in Robotics Ed Springer-Verlag (Berliacuten Heidelberg) 2010 Vol 82 pp 11-22 ISBN 978-3-642-16369
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo International Journal of Mechanics and Control (JoMaC) Ed Levrotto amp Bella (Torino Italia) 2011 Vol 12 no 1 ISSN 1590-8844
CONGRESOS NACIONALES (10) ndash POSTERS Y WORKSHOPS
Proyecto de Excelencia P07-TEP-02897
ROBOT ASISTENTE SEMIAUTOacuteNOMO DE
DOS BRAZOS PARA INTERVENCIONES DE
CIRUGIacuteA LAPAROSCOacutePICA
Enrique Bauzano Nuacutentildeez
DEPARTAMENTO DE INGENIERIacuteA DE SISTEMAS Y AUTOMAacuteTICA
UNIVERSIDAD DE MAacuteLAGA
DEFENSA DE TESIS DOCTORAL
Directores Dr Viacutector F Muntildeoz Martiacutenez
Dra Isabel Garciacutea Morales
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
SUTURA INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
INTERACCIOacuteN AUTO-GUIADA
SISTEMA
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AUTO-GUIADO
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INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO ASISTENCIA A LA SUTURA
Maniobra 1 Insercioacuten Maniobra 2 Puncioacuten
Maniobra 3 AnudadoManiobra 4 Corte del hilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
IMPLANTACIOacuteN PLATAFORMA CISOBOT
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Estructura Robot
Asistente
Marca 3D
Sensor de
Fuerzas
Muntildeeca Pasiva
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ENTORNO QUIRUacuteRGICO
Columna de
Laparoscopia
Tracker 3D
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Simulador de
Paciente
Herramienta del
Cirujano
Caacutemara
Laparoscoacutepica
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ARQUITECTURA DE CONTROL
SENSORES ENTORNOASISTENTE DE ESTADOS
CIRUJANO
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
BRAZOS ROBOTS
CONTROL DE
BAJO NIVEL
PACIENTE
Interaccioacute
n
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jano
Herramientas Robot
Trayectoria Planificada
Localizacioacuten Cirujano
Trayectoria ControladaLo
caliz
acioacute
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ROBOT ASISTENTE
SENSOR DE
FUERZAS
INTERFAZ DE
VOZ
Esfuerzos
Imagen Laparoscoacutepica
Contacto Robot
Aguja
Herramienta Cirujano
Activacioacuten
Sentildeal de Audio
TRACKER 3D
Comando de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
MOacuteDULO DE
VISIOacuteN
ASISTENTE
DE SUTURA Activacioacuten
Nuevo Estado
Nuevo Estado
ADQUISICIOacuteN
AUDIO
Voz del cirujano
Gesto Quiruacutergico
SIST
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INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT SISTEMA TOLERANTE A FALLOS
Evento Deteccioacuten Actuacioacuten
Fallo Hardware - Sentildeal de Fallo Hardware Parar el sistema
Colisioacuten entre brazos - Anaacutelisis de Colisioacuten cinemaacuteticaParar brazo de la caacutemara
mientras haya riesgo
Colisioacuten con herramienta
del cirujano
- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano cerca del robotParar robot mientras haya riesgo
Colisioacuten con tejidooacuterganos- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano lejos del robotExtraer herramienta del robot
Fallo de sensores- Medicioacuten anoacutemala y constante
independiente de la actuacioacuten
Mensaje de alerta y parar si
persiste
0 2 4 6 8 10 12 14 16 180
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Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18-10
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Tiempo (segundos)
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Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20-20
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Tiempo (segundos)
Fu
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N)
Fx
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Colisioacuten con tejido
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT EXPERIMENTOS PROPUESTOS
1 Movimiento esfeacuterico mediante la aplicacioacuten del control EMP
2 Movimiento auto-guiado con la herramienta del cirujano en
movimiento
3 Procedimiento de sutura Insercioacuten Puncioacuten Anudado y Corte
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 1 MOVIMIENTO ESFEacuteRICO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 2 MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (I)
Maniobra 1 Insercioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (II)
Maniobra 2 Puncioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (III)
Maniobra 3 Anudado
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (IV)
Maniobra 4 Corte del Hilo
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CONCLUSIONES
El gran esfuerzo investigador en torno a la roboacutetica quiruacutergica la destaca
como una herramienta de gran utilidad en cirugiacutea laparoscoacutepica
Tres grupos de robots quiruacutergicos tele-manipuladores camaroacutegrafos y
sistemas autoacutenomos
En un punto intermedio los robots semiautoacutenomos se perfilan como los
candidatos para la cirugiacutea en solitario
Contribuciones de esta tesis para los robots semiautoacutenomos
1 Movimiento esfeacuterico del instrumental mediante muntildeecas activas
2 Sistema auto-guiado para la planificacioacuten de movimientos en el interior
de la cavidad abdominal
3 Asistencia semiautoacutenoma al procedimiento laparoscoacutepico de sutura
Implantacioacuten de las contribuciones en el prototipo CISOBOT
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
LIacuteNEAS DE INVESTIGACIOacuteN FUTURAS
Ampliar la asistencia al cirujano en otros procedimientos ademaacutes de la
sutura corte transporte agarrehellip
Modelar complicaciones producidas con mayor frecuencia durante la
ejecucioacuten de los procedimientos anteriores (error en corte limpieza de
sangradohellip)
Modificar el robot para manejar instrumental a traveacutes de un solo orificio en
teacutecnicas SILS (Single Input Laparoscopic Surgery)
Eliminar la hipoacutetesis de herramientas riacutegidas para mejorar la localizacioacuten del
punto de fulcro e interaccioacuten con el cirujano y el paciente
Cambiar el modo secuencial del diagrama de estados de la sutura para
permitir una interaccioacuten simultaacutenea con el cirujano
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
APORTACIONES CIENTIacuteFICAS
CONGRESOS INTERNACIONALES (6) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoActive Wrists Endoscope Navigation in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Mechatronics (ICM) Abril 2009 Maacutelaga (Espantildea) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoThree-Layer Control for Active Wrists in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU) B Estebanez G Jimeacutenez VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales E Bauzano J Molina ldquoMinimally Invasive Surgery Maneuver
Recognition Based on Surgeon Modelrdquo IEEE International Congerence on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU)
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo IEEE International Workshop on Robotics in Alpe-Adria-Danube Region (RAAD) Junio 2010 Budapest (Hungriacutea)
Premio al mejor artiacuteculo de estudiante (Best Paper Award) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoAuto-Guided Movements on Minimally Invasive Surgery for Surgeon Assistancerdquo
IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2010 Taipei (Taiwaacuten) B Estebanez E Bauzano VF Muntildeoz ldquoSurgical Tools Pose Estimation for a Multimodal HMI of a Surgical Robot Assistantrdquo IEEE
International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Septiembre 2011 San Francisco (EEUU)
LIBROS Y REVISTAS (2) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoControl Methodologies for Endoscope Navigation in Robotized
Laparoscopic Surgeryrdquo Research and Education in Robotics Ed Springer-Verlag (Berliacuten Heidelberg) 2010 Vol 82 pp 11-22 ISBN 978-3-642-16369
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo International Journal of Mechanics and Control (JoMaC) Ed Levrotto amp Bella (Torino Italia) 2011 Vol 12 no 1 ISSN 1590-8844
CONGRESOS NACIONALES (10) ndash POSTERS Y WORKSHOPS
Proyecto de Excelencia P07-TEP-02897
ROBOT ASISTENTE SEMIAUTOacuteNOMO DE
DOS BRAZOS PARA INTERVENCIONES DE
CIRUGIacuteA LAPAROSCOacutePICA
Enrique Bauzano Nuacutentildeez
DEPARTAMENTO DE INGENIERIacuteA DE SISTEMAS Y AUTOMAacuteTICA
UNIVERSIDAD DE MAacuteLAGA
DEFENSA DE TESIS DOCTORAL
Directores Dr Viacutector F Muntildeoz Martiacutenez
Dra Isabel Garciacutea Morales
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
DEMO ASISTENCIA A LA SUTURA
Maniobra 1 Insercioacuten Maniobra 2 Puncioacuten
Maniobra 3 AnudadoManiobra 4 Corte del hilo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
IMPLANTACIOacuteN PLATAFORMA CISOBOT
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Estructura Robot
Asistente
Marca 3D
Sensor de
Fuerzas
Muntildeeca Pasiva
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ENTORNO QUIRUacuteRGICO
Columna de
Laparoscopia
Tracker 3D
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Simulador de
Paciente
Herramienta del
Cirujano
Caacutemara
Laparoscoacutepica
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ARQUITECTURA DE CONTROL
SENSORES ENTORNOASISTENTE DE ESTADOS
CIRUJANO
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
BRAZOS ROBOTS
CONTROL DE
BAJO NIVEL
PACIENTE
Interaccioacute
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Herramientas Robot
Trayectoria Planificada
Localizacioacuten Cirujano
Trayectoria ControladaLo
caliz
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ROBOT ASISTENTE
SENSOR DE
FUERZAS
INTERFAZ DE
VOZ
Esfuerzos
Imagen Laparoscoacutepica
Contacto Robot
Aguja
Herramienta Cirujano
Activacioacuten
Sentildeal de Audio
TRACKER 3D
Comando de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
MOacuteDULO DE
VISIOacuteN
ASISTENTE
DE SUTURA Activacioacuten
Nuevo Estado
Nuevo Estado
ADQUISICIOacuteN
AUDIO
Voz del cirujano
Gesto Quiruacutergico
SIST
EMA
TOLE
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NTE
AFA
LLO
S
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT SISTEMA TOLERANTE A FALLOS
Evento Deteccioacuten Actuacioacuten
Fallo Hardware - Sentildeal de Fallo Hardware Parar el sistema
Colisioacuten entre brazos - Anaacutelisis de Colisioacuten cinemaacuteticaParar brazo de la caacutemara
mientras haya riesgo
Colisioacuten con herramienta
del cirujano
- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano cerca del robotParar robot mientras haya riesgo
Colisioacuten con tejidooacuterganos- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano lejos del robotExtraer herramienta del robot
Fallo de sensores- Medicioacuten anoacutemala y constante
independiente de la actuacioacuten
Mensaje de alerta y parar si
persiste
0 2 4 6 8 10 12 14 16 180
20
40
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100
Dis
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Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18-10
-5
0
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Tiempo (segundos)
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20
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Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20-20
-15
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Tiempo (segundos)
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n c
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Colisioacuten con tejido
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT EXPERIMENTOS PROPUESTOS
1 Movimiento esfeacuterico mediante la aplicacioacuten del control EMP
2 Movimiento auto-guiado con la herramienta del cirujano en
movimiento
3 Procedimiento de sutura Insercioacuten Puncioacuten Anudado y Corte
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 1 MOVIMIENTO ESFEacuteRICO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 2 MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (I)
Maniobra 1 Insercioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (II)
Maniobra 2 Puncioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (III)
Maniobra 3 Anudado
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (IV)
Maniobra 4 Corte del Hilo
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CONCLUSIONES
El gran esfuerzo investigador en torno a la roboacutetica quiruacutergica la destaca
como una herramienta de gran utilidad en cirugiacutea laparoscoacutepica
Tres grupos de robots quiruacutergicos tele-manipuladores camaroacutegrafos y
sistemas autoacutenomos
En un punto intermedio los robots semiautoacutenomos se perfilan como los
candidatos para la cirugiacutea en solitario
Contribuciones de esta tesis para los robots semiautoacutenomos
1 Movimiento esfeacuterico del instrumental mediante muntildeecas activas
2 Sistema auto-guiado para la planificacioacuten de movimientos en el interior
de la cavidad abdominal
3 Asistencia semiautoacutenoma al procedimiento laparoscoacutepico de sutura
Implantacioacuten de las contribuciones en el prototipo CISOBOT
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
LIacuteNEAS DE INVESTIGACIOacuteN FUTURAS
Ampliar la asistencia al cirujano en otros procedimientos ademaacutes de la
sutura corte transporte agarrehellip
Modelar complicaciones producidas con mayor frecuencia durante la
ejecucioacuten de los procedimientos anteriores (error en corte limpieza de
sangradohellip)
Modificar el robot para manejar instrumental a traveacutes de un solo orificio en
teacutecnicas SILS (Single Input Laparoscopic Surgery)
Eliminar la hipoacutetesis de herramientas riacutegidas para mejorar la localizacioacuten del
punto de fulcro e interaccioacuten con el cirujano y el paciente
Cambiar el modo secuencial del diagrama de estados de la sutura para
permitir una interaccioacuten simultaacutenea con el cirujano
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
APORTACIONES CIENTIacuteFICAS
CONGRESOS INTERNACIONALES (6) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoActive Wrists Endoscope Navigation in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Mechatronics (ICM) Abril 2009 Maacutelaga (Espantildea) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoThree-Layer Control for Active Wrists in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU) B Estebanez G Jimeacutenez VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales E Bauzano J Molina ldquoMinimally Invasive Surgery Maneuver
Recognition Based on Surgeon Modelrdquo IEEE International Congerence on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU)
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo IEEE International Workshop on Robotics in Alpe-Adria-Danube Region (RAAD) Junio 2010 Budapest (Hungriacutea)
Premio al mejor artiacuteculo de estudiante (Best Paper Award) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoAuto-Guided Movements on Minimally Invasive Surgery for Surgeon Assistancerdquo
IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2010 Taipei (Taiwaacuten) B Estebanez E Bauzano VF Muntildeoz ldquoSurgical Tools Pose Estimation for a Multimodal HMI of a Surgical Robot Assistantrdquo IEEE
International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Septiembre 2011 San Francisco (EEUU)
LIBROS Y REVISTAS (2) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoControl Methodologies for Endoscope Navigation in Robotized
Laparoscopic Surgeryrdquo Research and Education in Robotics Ed Springer-Verlag (Berliacuten Heidelberg) 2010 Vol 82 pp 11-22 ISBN 978-3-642-16369
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo International Journal of Mechanics and Control (JoMaC) Ed Levrotto amp Bella (Torino Italia) 2011 Vol 12 no 1 ISSN 1590-8844
CONGRESOS NACIONALES (10) ndash POSTERS Y WORKSHOPS
Proyecto de Excelencia P07-TEP-02897
ROBOT ASISTENTE SEMIAUTOacuteNOMO DE
DOS BRAZOS PARA INTERVENCIONES DE
CIRUGIacuteA LAPAROSCOacutePICA
Enrique Bauzano Nuacutentildeez
DEPARTAMENTO DE INGENIERIacuteA DE SISTEMAS Y AUTOMAacuteTICA
UNIVERSIDAD DE MAacuteLAGA
DEFENSA DE TESIS DOCTORAL
Directores Dr Viacutector F Muntildeoz Martiacutenez
Dra Isabel Garciacutea Morales
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
IMPLANTACIOacuteN PLATAFORMA CISOBOT
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Estructura Robot
Asistente
Marca 3D
Sensor de
Fuerzas
Muntildeeca Pasiva
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ENTORNO QUIRUacuteRGICO
Columna de
Laparoscopia
Tracker 3D
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Simulador de
Paciente
Herramienta del
Cirujano
Caacutemara
Laparoscoacutepica
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ARQUITECTURA DE CONTROL
SENSORES ENTORNOASISTENTE DE ESTADOS
CIRUJANO
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
BRAZOS ROBOTS
CONTROL DE
BAJO NIVEL
PACIENTE
Interaccioacute
n
Ciru
jano
Herramientas Robot
Trayectoria Planificada
Localizacioacuten Cirujano
Trayectoria ControladaLo
caliz
acioacute
n R
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ot
ROBOT ASISTENTE
SENSOR DE
FUERZAS
INTERFAZ DE
VOZ
Esfuerzos
Imagen Laparoscoacutepica
Contacto Robot
Aguja
Herramienta Cirujano
Activacioacuten
Sentildeal de Audio
TRACKER 3D
Comando de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
MOacuteDULO DE
VISIOacuteN
ASISTENTE
DE SUTURA Activacioacuten
Nuevo Estado
Nuevo Estado
ADQUISICIOacuteN
AUDIO
Voz del cirujano
Gesto Quiruacutergico
SIST
EMA
TOLE
RA
NTE
AFA
LLO
S
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT SISTEMA TOLERANTE A FALLOS
Evento Deteccioacuten Actuacioacuten
Fallo Hardware - Sentildeal de Fallo Hardware Parar el sistema
Colisioacuten entre brazos - Anaacutelisis de Colisioacuten cinemaacuteticaParar brazo de la caacutemara
mientras haya riesgo
Colisioacuten con herramienta
del cirujano
- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano cerca del robotParar robot mientras haya riesgo
Colisioacuten con tejidooacuterganos- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano lejos del robotExtraer herramienta del robot
Fallo de sensores- Medicioacuten anoacutemala y constante
independiente de la actuacioacuten
Mensaje de alerta y parar si
persiste
0 2 4 6 8 10 12 14 16 180
20
40
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Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
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Tiempo (segundos)
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Distancia Robot-Objetivo
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Colisioacuten con tejido
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT EXPERIMENTOS PROPUESTOS
1 Movimiento esfeacuterico mediante la aplicacioacuten del control EMP
2 Movimiento auto-guiado con la herramienta del cirujano en
movimiento
3 Procedimiento de sutura Insercioacuten Puncioacuten Anudado y Corte
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 1 MOVIMIENTO ESFEacuteRICO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 2 MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (I)
Maniobra 1 Insercioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (II)
Maniobra 2 Puncioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (III)
Maniobra 3 Anudado
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (IV)
Maniobra 4 Corte del Hilo
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CONCLUSIONES
El gran esfuerzo investigador en torno a la roboacutetica quiruacutergica la destaca
como una herramienta de gran utilidad en cirugiacutea laparoscoacutepica
Tres grupos de robots quiruacutergicos tele-manipuladores camaroacutegrafos y
sistemas autoacutenomos
En un punto intermedio los robots semiautoacutenomos se perfilan como los
candidatos para la cirugiacutea en solitario
Contribuciones de esta tesis para los robots semiautoacutenomos
1 Movimiento esfeacuterico del instrumental mediante muntildeecas activas
2 Sistema auto-guiado para la planificacioacuten de movimientos en el interior
de la cavidad abdominal
3 Asistencia semiautoacutenoma al procedimiento laparoscoacutepico de sutura
Implantacioacuten de las contribuciones en el prototipo CISOBOT
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
LIacuteNEAS DE INVESTIGACIOacuteN FUTURAS
Ampliar la asistencia al cirujano en otros procedimientos ademaacutes de la
sutura corte transporte agarrehellip
Modelar complicaciones producidas con mayor frecuencia durante la
ejecucioacuten de los procedimientos anteriores (error en corte limpieza de
sangradohellip)
Modificar el robot para manejar instrumental a traveacutes de un solo orificio en
teacutecnicas SILS (Single Input Laparoscopic Surgery)
Eliminar la hipoacutetesis de herramientas riacutegidas para mejorar la localizacioacuten del
punto de fulcro e interaccioacuten con el cirujano y el paciente
Cambiar el modo secuencial del diagrama de estados de la sutura para
permitir una interaccioacuten simultaacutenea con el cirujano
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
APORTACIONES CIENTIacuteFICAS
CONGRESOS INTERNACIONALES (6) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoActive Wrists Endoscope Navigation in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Mechatronics (ICM) Abril 2009 Maacutelaga (Espantildea) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoThree-Layer Control for Active Wrists in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU) B Estebanez G Jimeacutenez VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales E Bauzano J Molina ldquoMinimally Invasive Surgery Maneuver
Recognition Based on Surgeon Modelrdquo IEEE International Congerence on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU)
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo IEEE International Workshop on Robotics in Alpe-Adria-Danube Region (RAAD) Junio 2010 Budapest (Hungriacutea)
Premio al mejor artiacuteculo de estudiante (Best Paper Award) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoAuto-Guided Movements on Minimally Invasive Surgery for Surgeon Assistancerdquo
IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2010 Taipei (Taiwaacuten) B Estebanez E Bauzano VF Muntildeoz ldquoSurgical Tools Pose Estimation for a Multimodal HMI of a Surgical Robot Assistantrdquo IEEE
International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Septiembre 2011 San Francisco (EEUU)
LIBROS Y REVISTAS (2) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoControl Methodologies for Endoscope Navigation in Robotized
Laparoscopic Surgeryrdquo Research and Education in Robotics Ed Springer-Verlag (Berliacuten Heidelberg) 2010 Vol 82 pp 11-22 ISBN 978-3-642-16369
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo International Journal of Mechanics and Control (JoMaC) Ed Levrotto amp Bella (Torino Italia) 2011 Vol 12 no 1 ISSN 1590-8844
CONGRESOS NACIONALES (10) ndash POSTERS Y WORKSHOPS
Proyecto de Excelencia P07-TEP-02897
ROBOT ASISTENTE SEMIAUTOacuteNOMO DE
DOS BRAZOS PARA INTERVENCIONES DE
CIRUGIacuteA LAPAROSCOacutePICA
Enrique Bauzano Nuacutentildeez
DEPARTAMENTO DE INGENIERIacuteA DE SISTEMAS Y AUTOMAacuteTICA
UNIVERSIDAD DE MAacuteLAGA
DEFENSA DE TESIS DOCTORAL
Directores Dr Viacutector F Muntildeoz Martiacutenez
Dra Isabel Garciacutea Morales
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ENTORNO QUIRUacuteRGICO
Columna de
Laparoscopia
Tracker 3D
Brazo Caacutemara
Laparoscoacutepica
Brazo Instrumental
Quiruacutergico
Simulador de
Paciente
Herramienta del
Cirujano
Caacutemara
Laparoscoacutepica
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ARQUITECTURA DE CONTROL
SENSORES ENTORNOASISTENTE DE ESTADOS
CIRUJANO
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
BRAZOS ROBOTS
CONTROL DE
BAJO NIVEL
PACIENTE
Interaccioacute
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Herramientas Robot
Trayectoria Planificada
Localizacioacuten Cirujano
Trayectoria ControladaLo
caliz
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ROBOT ASISTENTE
SENSOR DE
FUERZAS
INTERFAZ DE
VOZ
Esfuerzos
Imagen Laparoscoacutepica
Contacto Robot
Aguja
Herramienta Cirujano
Activacioacuten
Sentildeal de Audio
TRACKER 3D
Comando de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
MOacuteDULO DE
VISIOacuteN
ASISTENTE
DE SUTURA Activacioacuten
Nuevo Estado
Nuevo Estado
ADQUISICIOacuteN
AUDIO
Voz del cirujano
Gesto Quiruacutergico
SIST
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INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT SISTEMA TOLERANTE A FALLOS
Evento Deteccioacuten Actuacioacuten
Fallo Hardware - Sentildeal de Fallo Hardware Parar el sistema
Colisioacuten entre brazos - Anaacutelisis de Colisioacuten cinemaacuteticaParar brazo de la caacutemara
mientras haya riesgo
Colisioacuten con herramienta
del cirujano
- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano cerca del robotParar robot mientras haya riesgo
Colisioacuten con tejidooacuterganos- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano lejos del robotExtraer herramienta del robot
Fallo de sensores- Medicioacuten anoacutemala y constante
independiente de la actuacioacuten
Mensaje de alerta y parar si
persiste
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Colisioacuten con tejido
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT EXPERIMENTOS PROPUESTOS
1 Movimiento esfeacuterico mediante la aplicacioacuten del control EMP
2 Movimiento auto-guiado con la herramienta del cirujano en
movimiento
3 Procedimiento de sutura Insercioacuten Puncioacuten Anudado y Corte
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 1 MOVIMIENTO ESFEacuteRICO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 2 MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (I)
Maniobra 1 Insercioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (II)
Maniobra 2 Puncioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (III)
Maniobra 3 Anudado
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (IV)
Maniobra 4 Corte del Hilo
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CONCLUSIONES
El gran esfuerzo investigador en torno a la roboacutetica quiruacutergica la destaca
como una herramienta de gran utilidad en cirugiacutea laparoscoacutepica
Tres grupos de robots quiruacutergicos tele-manipuladores camaroacutegrafos y
sistemas autoacutenomos
En un punto intermedio los robots semiautoacutenomos se perfilan como los
candidatos para la cirugiacutea en solitario
Contribuciones de esta tesis para los robots semiautoacutenomos
1 Movimiento esfeacuterico del instrumental mediante muntildeecas activas
2 Sistema auto-guiado para la planificacioacuten de movimientos en el interior
de la cavidad abdominal
3 Asistencia semiautoacutenoma al procedimiento laparoscoacutepico de sutura
Implantacioacuten de las contribuciones en el prototipo CISOBOT
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
LIacuteNEAS DE INVESTIGACIOacuteN FUTURAS
Ampliar la asistencia al cirujano en otros procedimientos ademaacutes de la
sutura corte transporte agarrehellip
Modelar complicaciones producidas con mayor frecuencia durante la
ejecucioacuten de los procedimientos anteriores (error en corte limpieza de
sangradohellip)
Modificar el robot para manejar instrumental a traveacutes de un solo orificio en
teacutecnicas SILS (Single Input Laparoscopic Surgery)
Eliminar la hipoacutetesis de herramientas riacutegidas para mejorar la localizacioacuten del
punto de fulcro e interaccioacuten con el cirujano y el paciente
Cambiar el modo secuencial del diagrama de estados de la sutura para
permitir una interaccioacuten simultaacutenea con el cirujano
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
APORTACIONES CIENTIacuteFICAS
CONGRESOS INTERNACIONALES (6) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoActive Wrists Endoscope Navigation in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Mechatronics (ICM) Abril 2009 Maacutelaga (Espantildea) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoThree-Layer Control for Active Wrists in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU) B Estebanez G Jimeacutenez VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales E Bauzano J Molina ldquoMinimally Invasive Surgery Maneuver
Recognition Based on Surgeon Modelrdquo IEEE International Congerence on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU)
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo IEEE International Workshop on Robotics in Alpe-Adria-Danube Region (RAAD) Junio 2010 Budapest (Hungriacutea)
Premio al mejor artiacuteculo de estudiante (Best Paper Award) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoAuto-Guided Movements on Minimally Invasive Surgery for Surgeon Assistancerdquo
IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2010 Taipei (Taiwaacuten) B Estebanez E Bauzano VF Muntildeoz ldquoSurgical Tools Pose Estimation for a Multimodal HMI of a Surgical Robot Assistantrdquo IEEE
International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Septiembre 2011 San Francisco (EEUU)
LIBROS Y REVISTAS (2) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoControl Methodologies for Endoscope Navigation in Robotized
Laparoscopic Surgeryrdquo Research and Education in Robotics Ed Springer-Verlag (Berliacuten Heidelberg) 2010 Vol 82 pp 11-22 ISBN 978-3-642-16369
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo International Journal of Mechanics and Control (JoMaC) Ed Levrotto amp Bella (Torino Italia) 2011 Vol 12 no 1 ISSN 1590-8844
CONGRESOS NACIONALES (10) ndash POSTERS Y WORKSHOPS
Proyecto de Excelencia P07-TEP-02897
ROBOT ASISTENTE SEMIAUTOacuteNOMO DE
DOS BRAZOS PARA INTERVENCIONES DE
CIRUGIacuteA LAPAROSCOacutePICA
Enrique Bauzano Nuacutentildeez
DEPARTAMENTO DE INGENIERIacuteA DE SISTEMAS Y AUTOMAacuteTICA
UNIVERSIDAD DE MAacuteLAGA
DEFENSA DE TESIS DOCTORAL
Directores Dr Viacutector F Muntildeoz Martiacutenez
Dra Isabel Garciacutea Morales
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT ARQUITECTURA DE CONTROL
SENSORES ENTORNOASISTENTE DE ESTADOS
CIRUJANO
INTERACCIOacuteN
AUTO-GUIADA
BRAZOS ROBOTS
CONTROL DE
BAJO NIVEL
PACIENTE
Interaccioacute
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Herramientas Robot
Trayectoria Planificada
Localizacioacuten Cirujano
Trayectoria ControladaLo
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ROBOT ASISTENTE
SENSOR DE
FUERZAS
INTERFAZ DE
VOZ
Esfuerzos
Imagen Laparoscoacutepica
Contacto Robot
Aguja
Herramienta Cirujano
Activacioacuten
Sentildeal de Audio
TRACKER 3D
Comando de Voz
RECONOCEDOR
DE GESTOS
MOacuteDULO DE
VISIOacuteN
ASISTENTE
DE SUTURA Activacioacuten
Nuevo Estado
Nuevo Estado
ADQUISICIOacuteN
AUDIO
Voz del cirujano
Gesto Quiruacutergico
SIST
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INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT SISTEMA TOLERANTE A FALLOS
Evento Deteccioacuten Actuacioacuten
Fallo Hardware - Sentildeal de Fallo Hardware Parar el sistema
Colisioacuten entre brazos - Anaacutelisis de Colisioacuten cinemaacuteticaParar brazo de la caacutemara
mientras haya riesgo
Colisioacuten con herramienta
del cirujano
- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano cerca del robotParar robot mientras haya riesgo
Colisioacuten con tejidooacuterganos- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano lejos del robotExtraer herramienta del robot
Fallo de sensores- Medicioacuten anoacutemala y constante
independiente de la actuacioacuten
Mensaje de alerta y parar si
persiste
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Distancia Robot-Objetivo
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Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
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n c
on
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Colisioacuten con tejido
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT EXPERIMENTOS PROPUESTOS
1 Movimiento esfeacuterico mediante la aplicacioacuten del control EMP
2 Movimiento auto-guiado con la herramienta del cirujano en
movimiento
3 Procedimiento de sutura Insercioacuten Puncioacuten Anudado y Corte
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 1 MOVIMIENTO ESFEacuteRICO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 2 MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (I)
Maniobra 1 Insercioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (II)
Maniobra 2 Puncioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (III)
Maniobra 3 Anudado
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (IV)
Maniobra 4 Corte del Hilo
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CONCLUSIONES
El gran esfuerzo investigador en torno a la roboacutetica quiruacutergica la destaca
como una herramienta de gran utilidad en cirugiacutea laparoscoacutepica
Tres grupos de robots quiruacutergicos tele-manipuladores camaroacutegrafos y
sistemas autoacutenomos
En un punto intermedio los robots semiautoacutenomos se perfilan como los
candidatos para la cirugiacutea en solitario
Contribuciones de esta tesis para los robots semiautoacutenomos
1 Movimiento esfeacuterico del instrumental mediante muntildeecas activas
2 Sistema auto-guiado para la planificacioacuten de movimientos en el interior
de la cavidad abdominal
3 Asistencia semiautoacutenoma al procedimiento laparoscoacutepico de sutura
Implantacioacuten de las contribuciones en el prototipo CISOBOT
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
LIacuteNEAS DE INVESTIGACIOacuteN FUTURAS
Ampliar la asistencia al cirujano en otros procedimientos ademaacutes de la
sutura corte transporte agarrehellip
Modelar complicaciones producidas con mayor frecuencia durante la
ejecucioacuten de los procedimientos anteriores (error en corte limpieza de
sangradohellip)
Modificar el robot para manejar instrumental a traveacutes de un solo orificio en
teacutecnicas SILS (Single Input Laparoscopic Surgery)
Eliminar la hipoacutetesis de herramientas riacutegidas para mejorar la localizacioacuten del
punto de fulcro e interaccioacuten con el cirujano y el paciente
Cambiar el modo secuencial del diagrama de estados de la sutura para
permitir una interaccioacuten simultaacutenea con el cirujano
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
APORTACIONES CIENTIacuteFICAS
CONGRESOS INTERNACIONALES (6) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoActive Wrists Endoscope Navigation in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Mechatronics (ICM) Abril 2009 Maacutelaga (Espantildea) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoThree-Layer Control for Active Wrists in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU) B Estebanez G Jimeacutenez VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales E Bauzano J Molina ldquoMinimally Invasive Surgery Maneuver
Recognition Based on Surgeon Modelrdquo IEEE International Congerence on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU)
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo IEEE International Workshop on Robotics in Alpe-Adria-Danube Region (RAAD) Junio 2010 Budapest (Hungriacutea)
Premio al mejor artiacuteculo de estudiante (Best Paper Award) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoAuto-Guided Movements on Minimally Invasive Surgery for Surgeon Assistancerdquo
IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2010 Taipei (Taiwaacuten) B Estebanez E Bauzano VF Muntildeoz ldquoSurgical Tools Pose Estimation for a Multimodal HMI of a Surgical Robot Assistantrdquo IEEE
International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Septiembre 2011 San Francisco (EEUU)
LIBROS Y REVISTAS (2) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoControl Methodologies for Endoscope Navigation in Robotized
Laparoscopic Surgeryrdquo Research and Education in Robotics Ed Springer-Verlag (Berliacuten Heidelberg) 2010 Vol 82 pp 11-22 ISBN 978-3-642-16369
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo International Journal of Mechanics and Control (JoMaC) Ed Levrotto amp Bella (Torino Italia) 2011 Vol 12 no 1 ISSN 1590-8844
CONGRESOS NACIONALES (10) ndash POSTERS Y WORKSHOPS
Proyecto de Excelencia P07-TEP-02897
ROBOT ASISTENTE SEMIAUTOacuteNOMO DE
DOS BRAZOS PARA INTERVENCIONES DE
CIRUGIacuteA LAPAROSCOacutePICA
Enrique Bauzano Nuacutentildeez
DEPARTAMENTO DE INGENIERIacuteA DE SISTEMAS Y AUTOMAacuteTICA
UNIVERSIDAD DE MAacuteLAGA
DEFENSA DE TESIS DOCTORAL
Directores Dr Viacutector F Muntildeoz Martiacutenez
Dra Isabel Garciacutea Morales
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT SISTEMA TOLERANTE A FALLOS
Evento Deteccioacuten Actuacioacuten
Fallo Hardware - Sentildeal de Fallo Hardware Parar el sistema
Colisioacuten entre brazos - Anaacutelisis de Colisioacuten cinemaacuteticaParar brazo de la caacutemara
mientras haya riesgo
Colisioacuten con herramienta
del cirujano
- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano cerca del robotParar robot mientras haya riesgo
Colisioacuten con tejidooacuterganos- Cambio inusual del Fulcro Estimado
- Herramienta del cirujano lejos del robotExtraer herramienta del robot
Fallo de sensores- Medicioacuten anoacutemala y constante
independiente de la actuacioacuten
Mensaje de alerta y parar si
persiste
0 2 4 6 8 10 12 14 16 180
20
40
60
80
100
Dis
tan
cia
s (
mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18-10
-5
0
5
10
15
20
Tiempo (segundos)
Fu
erz
as (
N)
Fx
Fy
Fz
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200
20
40
60
80
100
Dis
tan
cia
s (
mm
)
Distancia Robot-Objetivo
Distancia Robot-Cirujano
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20-20
-15
-10
-5
0
5
10
Tiempo (segundos)
Fu
erz
as (
N)
Fx
Fy
Fz
Co
lisioacute
n c
on
herr
am
ien
ta
Colisioacuten con tejido
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT EXPERIMENTOS PROPUESTOS
1 Movimiento esfeacuterico mediante la aplicacioacuten del control EMP
2 Movimiento auto-guiado con la herramienta del cirujano en
movimiento
3 Procedimiento de sutura Insercioacuten Puncioacuten Anudado y Corte
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 1 MOVIMIENTO ESFEacuteRICO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 2 MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (I)
Maniobra 1 Insercioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (II)
Maniobra 2 Puncioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (III)
Maniobra 3 Anudado
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (IV)
Maniobra 4 Corte del Hilo
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CONCLUSIONES
El gran esfuerzo investigador en torno a la roboacutetica quiruacutergica la destaca
como una herramienta de gran utilidad en cirugiacutea laparoscoacutepica
Tres grupos de robots quiruacutergicos tele-manipuladores camaroacutegrafos y
sistemas autoacutenomos
En un punto intermedio los robots semiautoacutenomos se perfilan como los
candidatos para la cirugiacutea en solitario
Contribuciones de esta tesis para los robots semiautoacutenomos
1 Movimiento esfeacuterico del instrumental mediante muntildeecas activas
2 Sistema auto-guiado para la planificacioacuten de movimientos en el interior
de la cavidad abdominal
3 Asistencia semiautoacutenoma al procedimiento laparoscoacutepico de sutura
Implantacioacuten de las contribuciones en el prototipo CISOBOT
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
LIacuteNEAS DE INVESTIGACIOacuteN FUTURAS
Ampliar la asistencia al cirujano en otros procedimientos ademaacutes de la
sutura corte transporte agarrehellip
Modelar complicaciones producidas con mayor frecuencia durante la
ejecucioacuten de los procedimientos anteriores (error en corte limpieza de
sangradohellip)
Modificar el robot para manejar instrumental a traveacutes de un solo orificio en
teacutecnicas SILS (Single Input Laparoscopic Surgery)
Eliminar la hipoacutetesis de herramientas riacutegidas para mejorar la localizacioacuten del
punto de fulcro e interaccioacuten con el cirujano y el paciente
Cambiar el modo secuencial del diagrama de estados de la sutura para
permitir una interaccioacuten simultaacutenea con el cirujano
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
APORTACIONES CIENTIacuteFICAS
CONGRESOS INTERNACIONALES (6) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoActive Wrists Endoscope Navigation in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Mechatronics (ICM) Abril 2009 Maacutelaga (Espantildea) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoThree-Layer Control for Active Wrists in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU) B Estebanez G Jimeacutenez VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales E Bauzano J Molina ldquoMinimally Invasive Surgery Maneuver
Recognition Based on Surgeon Modelrdquo IEEE International Congerence on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU)
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo IEEE International Workshop on Robotics in Alpe-Adria-Danube Region (RAAD) Junio 2010 Budapest (Hungriacutea)
Premio al mejor artiacuteculo de estudiante (Best Paper Award) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoAuto-Guided Movements on Minimally Invasive Surgery for Surgeon Assistancerdquo
IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2010 Taipei (Taiwaacuten) B Estebanez E Bauzano VF Muntildeoz ldquoSurgical Tools Pose Estimation for a Multimodal HMI of a Surgical Robot Assistantrdquo IEEE
International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Septiembre 2011 San Francisco (EEUU)
LIBROS Y REVISTAS (2) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoControl Methodologies for Endoscope Navigation in Robotized
Laparoscopic Surgeryrdquo Research and Education in Robotics Ed Springer-Verlag (Berliacuten Heidelberg) 2010 Vol 82 pp 11-22 ISBN 978-3-642-16369
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo International Journal of Mechanics and Control (JoMaC) Ed Levrotto amp Bella (Torino Italia) 2011 Vol 12 no 1 ISSN 1590-8844
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Proyecto de Excelencia P07-TEP-02897
ROBOT ASISTENTE SEMIAUTOacuteNOMO DE
DOS BRAZOS PARA INTERVENCIONES DE
CIRUGIacuteA LAPAROSCOacutePICA
Enrique Bauzano Nuacutentildeez
DEPARTAMENTO DE INGENIERIacuteA DE SISTEMAS Y AUTOMAacuteTICA
UNIVERSIDAD DE MAacuteLAGA
DEFENSA DE TESIS DOCTORAL
Directores Dr Viacutector F Muntildeoz Martiacutenez
Dra Isabel Garciacutea Morales
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CISOBOT EXPERIMENTOS PROPUESTOS
1 Movimiento esfeacuterico mediante la aplicacioacuten del control EMP
2 Movimiento auto-guiado con la herramienta del cirujano en
movimiento
3 Procedimiento de sutura Insercioacuten Puncioacuten Anudado y Corte
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 1 MOVIMIENTO ESFEacuteRICO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 2 MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (I)
Maniobra 1 Insercioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (II)
Maniobra 2 Puncioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (III)
Maniobra 3 Anudado
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (IV)
Maniobra 4 Corte del Hilo
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CONCLUSIONES
El gran esfuerzo investigador en torno a la roboacutetica quiruacutergica la destaca
como una herramienta de gran utilidad en cirugiacutea laparoscoacutepica
Tres grupos de robots quiruacutergicos tele-manipuladores camaroacutegrafos y
sistemas autoacutenomos
En un punto intermedio los robots semiautoacutenomos se perfilan como los
candidatos para la cirugiacutea en solitario
Contribuciones de esta tesis para los robots semiautoacutenomos
1 Movimiento esfeacuterico del instrumental mediante muntildeecas activas
2 Sistema auto-guiado para la planificacioacuten de movimientos en el interior
de la cavidad abdominal
3 Asistencia semiautoacutenoma al procedimiento laparoscoacutepico de sutura
Implantacioacuten de las contribuciones en el prototipo CISOBOT
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
LIacuteNEAS DE INVESTIGACIOacuteN FUTURAS
Ampliar la asistencia al cirujano en otros procedimientos ademaacutes de la
sutura corte transporte agarrehellip
Modelar complicaciones producidas con mayor frecuencia durante la
ejecucioacuten de los procedimientos anteriores (error en corte limpieza de
sangradohellip)
Modificar el robot para manejar instrumental a traveacutes de un solo orificio en
teacutecnicas SILS (Single Input Laparoscopic Surgery)
Eliminar la hipoacutetesis de herramientas riacutegidas para mejorar la localizacioacuten del
punto de fulcro e interaccioacuten con el cirujano y el paciente
Cambiar el modo secuencial del diagrama de estados de la sutura para
permitir una interaccioacuten simultaacutenea con el cirujano
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
APORTACIONES CIENTIacuteFICAS
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Surgeryrdquo IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU) B Estebanez G Jimeacutenez VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales E Bauzano J Molina ldquoMinimally Invasive Surgery Maneuver
Recognition Based on Surgeon Modelrdquo IEEE International Congerence on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU)
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo IEEE International Workshop on Robotics in Alpe-Adria-Danube Region (RAAD) Junio 2010 Budapest (Hungriacutea)
Premio al mejor artiacuteculo de estudiante (Best Paper Award) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoAuto-Guided Movements on Minimally Invasive Surgery for Surgeon Assistancerdquo
IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2010 Taipei (Taiwaacuten) B Estebanez E Bauzano VF Muntildeoz ldquoSurgical Tools Pose Estimation for a Multimodal HMI of a Surgical Robot Assistantrdquo IEEE
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Laparoscopic Surgeryrdquo Research and Education in Robotics Ed Springer-Verlag (Berliacuten Heidelberg) 2010 Vol 82 pp 11-22 ISBN 978-3-642-16369
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ROBOT ASISTENTE SEMIAUTOacuteNOMO DE
DOS BRAZOS PARA INTERVENCIONES DE
CIRUGIacuteA LAPAROSCOacutePICA
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Dra Isabel Garciacutea Morales
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 1 MOVIMIENTO ESFEacuteRICO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 2 MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (I)
Maniobra 1 Insercioacuten
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EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (II)
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EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (III)
Maniobra 3 Anudado
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EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (IV)
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CONCLUSIONES
El gran esfuerzo investigador en torno a la roboacutetica quiruacutergica la destaca
como una herramienta de gran utilidad en cirugiacutea laparoscoacutepica
Tres grupos de robots quiruacutergicos tele-manipuladores camaroacutegrafos y
sistemas autoacutenomos
En un punto intermedio los robots semiautoacutenomos se perfilan como los
candidatos para la cirugiacutea en solitario
Contribuciones de esta tesis para los robots semiautoacutenomos
1 Movimiento esfeacuterico del instrumental mediante muntildeecas activas
2 Sistema auto-guiado para la planificacioacuten de movimientos en el interior
de la cavidad abdominal
3 Asistencia semiautoacutenoma al procedimiento laparoscoacutepico de sutura
Implantacioacuten de las contribuciones en el prototipo CISOBOT
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
LIacuteNEAS DE INVESTIGACIOacuteN FUTURAS
Ampliar la asistencia al cirujano en otros procedimientos ademaacutes de la
sutura corte transporte agarrehellip
Modelar complicaciones producidas con mayor frecuencia durante la
ejecucioacuten de los procedimientos anteriores (error en corte limpieza de
sangradohellip)
Modificar el robot para manejar instrumental a traveacutes de un solo orificio en
teacutecnicas SILS (Single Input Laparoscopic Surgery)
Eliminar la hipoacutetesis de herramientas riacutegidas para mejorar la localizacioacuten del
punto de fulcro e interaccioacuten con el cirujano y el paciente
Cambiar el modo secuencial del diagrama de estados de la sutura para
permitir una interaccioacuten simultaacutenea con el cirujano
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
APORTACIONES CIENTIacuteFICAS
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Surgeryrdquo IEEE International Conference on Mechatronics (ICM) Abril 2009 Maacutelaga (Espantildea) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoThree-Layer Control for Active Wrists in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU) B Estebanez G Jimeacutenez VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales E Bauzano J Molina ldquoMinimally Invasive Surgery Maneuver
Recognition Based on Surgeon Modelrdquo IEEE International Congerence on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU)
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo IEEE International Workshop on Robotics in Alpe-Adria-Danube Region (RAAD) Junio 2010 Budapest (Hungriacutea)
Premio al mejor artiacuteculo de estudiante (Best Paper Award) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoAuto-Guided Movements on Minimally Invasive Surgery for Surgeon Assistancerdquo
IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2010 Taipei (Taiwaacuten) B Estebanez E Bauzano VF Muntildeoz ldquoSurgical Tools Pose Estimation for a Multimodal HMI of a Surgical Robot Assistantrdquo IEEE
International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Septiembre 2011 San Francisco (EEUU)
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Laparoscopic Surgeryrdquo Research and Education in Robotics Ed Springer-Verlag (Berliacuten Heidelberg) 2010 Vol 82 pp 11-22 ISBN 978-3-642-16369
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo International Journal of Mechanics and Control (JoMaC) Ed Levrotto amp Bella (Torino Italia) 2011 Vol 12 no 1 ISSN 1590-8844
CONGRESOS NACIONALES (10) ndash POSTERS Y WORKSHOPS
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ROBOT ASISTENTE SEMIAUTOacuteNOMO DE
DOS BRAZOS PARA INTERVENCIONES DE
CIRUGIacuteA LAPAROSCOacutePICA
Enrique Bauzano Nuacutentildeez
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UNIVERSIDAD DE MAacuteLAGA
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Directores Dr Viacutector F Muntildeoz Martiacutenez
Dra Isabel Garciacutea Morales
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 2 MOVIMIENTO AUTO-GUIADO
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (I)
Maniobra 1 Insercioacuten
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EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (II)
Maniobra 2 Puncioacuten
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EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (III)
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EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (IV)
Maniobra 4 Corte del Hilo
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INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CONCLUSIONES
El gran esfuerzo investigador en torno a la roboacutetica quiruacutergica la destaca
como una herramienta de gran utilidad en cirugiacutea laparoscoacutepica
Tres grupos de robots quiruacutergicos tele-manipuladores camaroacutegrafos y
sistemas autoacutenomos
En un punto intermedio los robots semiautoacutenomos se perfilan como los
candidatos para la cirugiacutea en solitario
Contribuciones de esta tesis para los robots semiautoacutenomos
1 Movimiento esfeacuterico del instrumental mediante muntildeecas activas
2 Sistema auto-guiado para la planificacioacuten de movimientos en el interior
de la cavidad abdominal
3 Asistencia semiautoacutenoma al procedimiento laparoscoacutepico de sutura
Implantacioacuten de las contribuciones en el prototipo CISOBOT
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
LIacuteNEAS DE INVESTIGACIOacuteN FUTURAS
Ampliar la asistencia al cirujano en otros procedimientos ademaacutes de la
sutura corte transporte agarrehellip
Modelar complicaciones producidas con mayor frecuencia durante la
ejecucioacuten de los procedimientos anteriores (error en corte limpieza de
sangradohellip)
Modificar el robot para manejar instrumental a traveacutes de un solo orificio en
teacutecnicas SILS (Single Input Laparoscopic Surgery)
Eliminar la hipoacutetesis de herramientas riacutegidas para mejorar la localizacioacuten del
punto de fulcro e interaccioacuten con el cirujano y el paciente
Cambiar el modo secuencial del diagrama de estados de la sutura para
permitir una interaccioacuten simultaacutenea con el cirujano
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
APORTACIONES CIENTIacuteFICAS
CONGRESOS INTERNACIONALES (6) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoActive Wrists Endoscope Navigation in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Mechatronics (ICM) Abril 2009 Maacutelaga (Espantildea) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoThree-Layer Control for Active Wrists in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU) B Estebanez G Jimeacutenez VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales E Bauzano J Molina ldquoMinimally Invasive Surgery Maneuver
Recognition Based on Surgeon Modelrdquo IEEE International Congerence on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU)
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo IEEE International Workshop on Robotics in Alpe-Adria-Danube Region (RAAD) Junio 2010 Budapest (Hungriacutea)
Premio al mejor artiacuteculo de estudiante (Best Paper Award) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoAuto-Guided Movements on Minimally Invasive Surgery for Surgeon Assistancerdquo
IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2010 Taipei (Taiwaacuten) B Estebanez E Bauzano VF Muntildeoz ldquoSurgical Tools Pose Estimation for a Multimodal HMI of a Surgical Robot Assistantrdquo IEEE
International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Septiembre 2011 San Francisco (EEUU)
LIBROS Y REVISTAS (2) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoControl Methodologies for Endoscope Navigation in Robotized
Laparoscopic Surgeryrdquo Research and Education in Robotics Ed Springer-Verlag (Berliacuten Heidelberg) 2010 Vol 82 pp 11-22 ISBN 978-3-642-16369
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo International Journal of Mechanics and Control (JoMaC) Ed Levrotto amp Bella (Torino Italia) 2011 Vol 12 no 1 ISSN 1590-8844
CONGRESOS NACIONALES (10) ndash POSTERS Y WORKSHOPS
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ROBOT ASISTENTE SEMIAUTOacuteNOMO DE
DOS BRAZOS PARA INTERVENCIONES DE
CIRUGIacuteA LAPAROSCOacutePICA
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INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (I)
Maniobra 1 Insercioacuten
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EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (II)
Maniobra 2 Puncioacuten
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EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (III)
Maniobra 3 Anudado
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EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (IV)
Maniobra 4 Corte del Hilo
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CONCLUSIONES
El gran esfuerzo investigador en torno a la roboacutetica quiruacutergica la destaca
como una herramienta de gran utilidad en cirugiacutea laparoscoacutepica
Tres grupos de robots quiruacutergicos tele-manipuladores camaroacutegrafos y
sistemas autoacutenomos
En un punto intermedio los robots semiautoacutenomos se perfilan como los
candidatos para la cirugiacutea en solitario
Contribuciones de esta tesis para los robots semiautoacutenomos
1 Movimiento esfeacuterico del instrumental mediante muntildeecas activas
2 Sistema auto-guiado para la planificacioacuten de movimientos en el interior
de la cavidad abdominal
3 Asistencia semiautoacutenoma al procedimiento laparoscoacutepico de sutura
Implantacioacuten de las contribuciones en el prototipo CISOBOT
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
LIacuteNEAS DE INVESTIGACIOacuteN FUTURAS
Ampliar la asistencia al cirujano en otros procedimientos ademaacutes de la
sutura corte transporte agarrehellip
Modelar complicaciones producidas con mayor frecuencia durante la
ejecucioacuten de los procedimientos anteriores (error en corte limpieza de
sangradohellip)
Modificar el robot para manejar instrumental a traveacutes de un solo orificio en
teacutecnicas SILS (Single Input Laparoscopic Surgery)
Eliminar la hipoacutetesis de herramientas riacutegidas para mejorar la localizacioacuten del
punto de fulcro e interaccioacuten con el cirujano y el paciente
Cambiar el modo secuencial del diagrama de estados de la sutura para
permitir una interaccioacuten simultaacutenea con el cirujano
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
APORTACIONES CIENTIacuteFICAS
CONGRESOS INTERNACIONALES (6) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoActive Wrists Endoscope Navigation in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Mechatronics (ICM) Abril 2009 Maacutelaga (Espantildea) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoThree-Layer Control for Active Wrists in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU) B Estebanez G Jimeacutenez VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales E Bauzano J Molina ldquoMinimally Invasive Surgery Maneuver
Recognition Based on Surgeon Modelrdquo IEEE International Congerence on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU)
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo IEEE International Workshop on Robotics in Alpe-Adria-Danube Region (RAAD) Junio 2010 Budapest (Hungriacutea)
Premio al mejor artiacuteculo de estudiante (Best Paper Award) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoAuto-Guided Movements on Minimally Invasive Surgery for Surgeon Assistancerdquo
IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2010 Taipei (Taiwaacuten) B Estebanez E Bauzano VF Muntildeoz ldquoSurgical Tools Pose Estimation for a Multimodal HMI of a Surgical Robot Assistantrdquo IEEE
International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Septiembre 2011 San Francisco (EEUU)
LIBROS Y REVISTAS (2) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoControl Methodologies for Endoscope Navigation in Robotized
Laparoscopic Surgeryrdquo Research and Education in Robotics Ed Springer-Verlag (Berliacuten Heidelberg) 2010 Vol 82 pp 11-22 ISBN 978-3-642-16369
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo International Journal of Mechanics and Control (JoMaC) Ed Levrotto amp Bella (Torino Italia) 2011 Vol 12 no 1 ISSN 1590-8844
CONGRESOS NACIONALES (10) ndash POSTERS Y WORKSHOPS
Proyecto de Excelencia P07-TEP-02897
ROBOT ASISTENTE SEMIAUTOacuteNOMO DE
DOS BRAZOS PARA INTERVENCIONES DE
CIRUGIacuteA LAPAROSCOacutePICA
Enrique Bauzano Nuacutentildeez
DEPARTAMENTO DE INGENIERIacuteA DE SISTEMAS Y AUTOMAacuteTICA
UNIVERSIDAD DE MAacuteLAGA
DEFENSA DE TESIS DOCTORAL
Directores Dr Viacutector F Muntildeoz Martiacutenez
Dra Isabel Garciacutea Morales
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (II)
Maniobra 2 Puncioacuten
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (III)
Maniobra 3 Anudado
Enlace a viacutedeo
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (IV)
Maniobra 4 Corte del Hilo
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INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
CONCLUSIONES
El gran esfuerzo investigador en torno a la roboacutetica quiruacutergica la destaca
como una herramienta de gran utilidad en cirugiacutea laparoscoacutepica
Tres grupos de robots quiruacutergicos tele-manipuladores camaroacutegrafos y
sistemas autoacutenomos
En un punto intermedio los robots semiautoacutenomos se perfilan como los
candidatos para la cirugiacutea en solitario
Contribuciones de esta tesis para los robots semiautoacutenomos
1 Movimiento esfeacuterico del instrumental mediante muntildeecas activas
2 Sistema auto-guiado para la planificacioacuten de movimientos en el interior
de la cavidad abdominal
3 Asistencia semiautoacutenoma al procedimiento laparoscoacutepico de sutura
Implantacioacuten de las contribuciones en el prototipo CISOBOT
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
LIacuteNEAS DE INVESTIGACIOacuteN FUTURAS
Ampliar la asistencia al cirujano en otros procedimientos ademaacutes de la
sutura corte transporte agarrehellip
Modelar complicaciones producidas con mayor frecuencia durante la
ejecucioacuten de los procedimientos anteriores (error en corte limpieza de
sangradohellip)
Modificar el robot para manejar instrumental a traveacutes de un solo orificio en
teacutecnicas SILS (Single Input Laparoscopic Surgery)
Eliminar la hipoacutetesis de herramientas riacutegidas para mejorar la localizacioacuten del
punto de fulcro e interaccioacuten con el cirujano y el paciente
Cambiar el modo secuencial del diagrama de estados de la sutura para
permitir una interaccioacuten simultaacutenea con el cirujano
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
APORTACIONES CIENTIacuteFICAS
CONGRESOS INTERNACIONALES (6) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoActive Wrists Endoscope Navigation in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Mechatronics (ICM) Abril 2009 Maacutelaga (Espantildea) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoThree-Layer Control for Active Wrists in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU) B Estebanez G Jimeacutenez VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales E Bauzano J Molina ldquoMinimally Invasive Surgery Maneuver
Recognition Based on Surgeon Modelrdquo IEEE International Congerence on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU)
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo IEEE International Workshop on Robotics in Alpe-Adria-Danube Region (RAAD) Junio 2010 Budapest (Hungriacutea)
Premio al mejor artiacuteculo de estudiante (Best Paper Award) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoAuto-Guided Movements on Minimally Invasive Surgery for Surgeon Assistancerdquo
IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2010 Taipei (Taiwaacuten) B Estebanez E Bauzano VF Muntildeoz ldquoSurgical Tools Pose Estimation for a Multimodal HMI of a Surgical Robot Assistantrdquo IEEE
International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Septiembre 2011 San Francisco (EEUU)
LIBROS Y REVISTAS (2) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoControl Methodologies for Endoscope Navigation in Robotized
Laparoscopic Surgeryrdquo Research and Education in Robotics Ed Springer-Verlag (Berliacuten Heidelberg) 2010 Vol 82 pp 11-22 ISBN 978-3-642-16369
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo International Journal of Mechanics and Control (JoMaC) Ed Levrotto amp Bella (Torino Italia) 2011 Vol 12 no 1 ISSN 1590-8844
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CIRUGIacuteA LAPAROSCOacutePICA
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EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (III)
Maniobra 3 Anudado
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EXPERIMENTO 3 ASISTENCIA A LA SUTURA (IV)
Maniobra 4 Corte del Hilo
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El gran esfuerzo investigador en torno a la roboacutetica quiruacutergica la destaca
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Tres grupos de robots quiruacutergicos tele-manipuladores camaroacutegrafos y
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En un punto intermedio los robots semiautoacutenomos se perfilan como los
candidatos para la cirugiacutea en solitario
Contribuciones de esta tesis para los robots semiautoacutenomos
1 Movimiento esfeacuterico del instrumental mediante muntildeecas activas
2 Sistema auto-guiado para la planificacioacuten de movimientos en el interior
de la cavidad abdominal
3 Asistencia semiautoacutenoma al procedimiento laparoscoacutepico de sutura
Implantacioacuten de las contribuciones en el prototipo CISOBOT
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
LIacuteNEAS DE INVESTIGACIOacuteN FUTURAS
Ampliar la asistencia al cirujano en otros procedimientos ademaacutes de la
sutura corte transporte agarrehellip
Modelar complicaciones producidas con mayor frecuencia durante la
ejecucioacuten de los procedimientos anteriores (error en corte limpieza de
sangradohellip)
Modificar el robot para manejar instrumental a traveacutes de un solo orificio en
teacutecnicas SILS (Single Input Laparoscopic Surgery)
Eliminar la hipoacutetesis de herramientas riacutegidas para mejorar la localizacioacuten del
punto de fulcro e interaccioacuten con el cirujano y el paciente
Cambiar el modo secuencial del diagrama de estados de la sutura para
permitir una interaccioacuten simultaacutenea con el cirujano
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APORTACIONES CIENTIacuteFICAS
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Surgeryrdquo IEEE International Conference on Mechatronics (ICM) Abril 2009 Maacutelaga (Espantildea) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoThree-Layer Control for Active Wrists in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU) B Estebanez G Jimeacutenez VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales E Bauzano J Molina ldquoMinimally Invasive Surgery Maneuver
Recognition Based on Surgeon Modelrdquo IEEE International Congerence on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU)
E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo IEEE International Workshop on Robotics in Alpe-Adria-Danube Region (RAAD) Junio 2010 Budapest (Hungriacutea)
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Tres grupos de robots quiruacutergicos tele-manipuladores camaroacutegrafos y
sistemas autoacutenomos
En un punto intermedio los robots semiautoacutenomos se perfilan como los
candidatos para la cirugiacutea en solitario
Contribuciones de esta tesis para los robots semiautoacutenomos
1 Movimiento esfeacuterico del instrumental mediante muntildeecas activas
2 Sistema auto-guiado para la planificacioacuten de movimientos en el interior
de la cavidad abdominal
3 Asistencia semiautoacutenoma al procedimiento laparoscoacutepico de sutura
Implantacioacuten de las contribuciones en el prototipo CISOBOT
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
LIacuteNEAS DE INVESTIGACIOacuteN FUTURAS
Ampliar la asistencia al cirujano en otros procedimientos ademaacutes de la
sutura corte transporte agarrehellip
Modelar complicaciones producidas con mayor frecuencia durante la
ejecucioacuten de los procedimientos anteriores (error en corte limpieza de
sangradohellip)
Modificar el robot para manejar instrumental a traveacutes de un solo orificio en
teacutecnicas SILS (Single Input Laparoscopic Surgery)
Eliminar la hipoacutetesis de herramientas riacutegidas para mejorar la localizacioacuten del
punto de fulcro e interaccioacuten con el cirujano y el paciente
Cambiar el modo secuencial del diagrama de estados de la sutura para
permitir una interaccioacuten simultaacutenea con el cirujano
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APORTACIONES CIENTIacuteFICAS
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Surgeryrdquo IEEE International Conference on Mechatronics (ICM) Abril 2009 Maacutelaga (Espantildea) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoThree-Layer Control for Active Wrists in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU) B Estebanez G Jimeacutenez VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales E Bauzano J Molina ldquoMinimally Invasive Surgery Maneuver
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E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo IEEE International Workshop on Robotics in Alpe-Adria-Danube Region (RAAD) Junio 2010 Budapest (Hungriacutea)
Premio al mejor artiacuteculo de estudiante (Best Paper Award) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoAuto-Guided Movements on Minimally Invasive Surgery for Surgeon Assistancerdquo
IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2010 Taipei (Taiwaacuten) B Estebanez E Bauzano VF Muntildeoz ldquoSurgical Tools Pose Estimation for a Multimodal HMI of a Surgical Robot Assistantrdquo IEEE
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CONCLUSIONES
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como una herramienta de gran utilidad en cirugiacutea laparoscoacutepica
Tres grupos de robots quiruacutergicos tele-manipuladores camaroacutegrafos y
sistemas autoacutenomos
En un punto intermedio los robots semiautoacutenomos se perfilan como los
candidatos para la cirugiacutea en solitario
Contribuciones de esta tesis para los robots semiautoacutenomos
1 Movimiento esfeacuterico del instrumental mediante muntildeecas activas
2 Sistema auto-guiado para la planificacioacuten de movimientos en el interior
de la cavidad abdominal
3 Asistencia semiautoacutenoma al procedimiento laparoscoacutepico de sutura
Implantacioacuten de las contribuciones en el prototipo CISOBOT
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
LIacuteNEAS DE INVESTIGACIOacuteN FUTURAS
Ampliar la asistencia al cirujano en otros procedimientos ademaacutes de la
sutura corte transporte agarrehellip
Modelar complicaciones producidas con mayor frecuencia durante la
ejecucioacuten de los procedimientos anteriores (error en corte limpieza de
sangradohellip)
Modificar el robot para manejar instrumental a traveacutes de un solo orificio en
teacutecnicas SILS (Single Input Laparoscopic Surgery)
Eliminar la hipoacutetesis de herramientas riacutegidas para mejorar la localizacioacuten del
punto de fulcro e interaccioacuten con el cirujano y el paciente
Cambiar el modo secuencial del diagrama de estados de la sutura para
permitir una interaccioacuten simultaacutenea con el cirujano
INTRODUCCIOacuteN CONTRIBUCIONES CONTROL EMP AUTO-GUIADO ASISTENCIA SUTURA IMPLANTACIOacuteN EXPERIMENTOS CONCLUSIONES
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APORTACIONES CIENTIacuteFICAS
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Surgeryrdquo IEEE International Conference on Mechatronics (ICM) Abril 2009 Maacutelaga (Espantildea) E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales B Estebanez ldquoThree-Layer Control for Active Wrists in Robotized Laparoscopic
Surgeryrdquo IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) Octubre 2009 St Louis (EEUU) B Estebanez G Jimeacutenez VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales E Bauzano J Molina ldquoMinimally Invasive Surgery Maneuver
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E Bauzano VF Muntildeoz I Garciacutea-Morales ldquoA Multi-Behavior Algorithm for Auto-Guided Movements in Surgeon Assistancerdquo IEEE International Workshop on Robotics in Alpe-Adria-Danube Region (RAAD) Junio 2010 Budapest (Hungriacutea)
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CIRUGIacuteA LAPAROSCOacutePICA
Enrique Bauzano Nuacutentildeez
DEPARTAMENTO DE INGENIERIacuteA DE SISTEMAS Y AUTOMAacuteTICA
UNIVERSIDAD DE MAacuteLAGA
DEFENSA DE TESIS DOCTORAL
Directores Dr Viacutector F Muntildeoz Martiacutenez
Dra Isabel Garciacutea Morales
Proyecto de Excelencia P07-TEP-02897
ROBOT ASISTENTE SEMIAUTOacuteNOMO DE
DOS BRAZOS PARA INTERVENCIONES DE
CIRUGIacuteA LAPAROSCOacutePICA
Enrique Bauzano Nuacutentildeez
DEPARTAMENTO DE INGENIERIacuteA DE SISTEMAS Y AUTOMAacuteTICA
UNIVERSIDAD DE MAacuteLAGA
DEFENSA DE TESIS DOCTORAL
Directores Dr Viacutector F Muntildeoz Martiacutenez
Dra Isabel Garciacutea Morales