IMPORTANCIA DEL PROYECTO - IMPACTO
En el mundo existen robots especializados para asistir cirugías laparoscópicas con un software adecuado para operarlos y normalmente diseñados para una única función, a un costo por lo general muy elevado. Tal vez la limitación más importante es que al usar sistemas de alta tecnología donde el cirujano y el científico disponen solamente de tecnología de usuario final, se limita la posibilidad de proponer nuevas tecnologías de aplicación así como su uso en otras áreas interesantes e importantes.
Con el desarrollo propuesto, el robot será de arquitectura flexible capaz de adaptarse fácilmente a las necesidades del cirujano como a él mejor convenga, con una precisión similar a los importados y mejorable con el tiempo.
Además, la ventaja que representa este sistema es la de ofrecer al cirujano laparoscópico, la posibilidad de elegir el sistema de navegación que le facilite operar. Es decir, adoptar al igual que procedimientos quirúrgicos, el sistema que le ofrezca mayor comodidad para obtener confort, ergonomía, rapidez y precisión para posicionar la endocámara.
Se considera que la aplicación de la optoelectrónica combinada con algún programa de procesamiento de imágenes permitirá en un futuro cercano una navegación del laparoscopio en la cavidad abdominal de manera automática de acuerdo a la posición de los instrumentos.
Con este proyecto se abren nuevas líneas de investigación con posibilidades de aplicar el sistema en todo procedimiento quirúrgico que aplique fibra óptica sin ser necesario realizar nuevas inversiones a costos elevados para construir manipuladores, debido a que presentará usos múltiples en las salas del quirófano como en artroscopías de rodilla, hombro, etc. o en toracoscopías, cirugía cardiovascular o en la manipulación del laparoscopio en neurocirugía o manipulación de material radiactivo en braquiterapia para evitar la radiación a los médicos especialistas en pacientes con cáncer.
Finalmente este robot podrá integrarse a sistemas de telecirugía para ser operado a distancia en tiempo real, por medios alámbricos o inalámbricos
Además del diseño de un robot, se prevé integrar un interesante grupo humano multidisciplinario (ingenieros, médicos, diseñadores industriales, etc) que permitirá encarar distintos proyectos relacionados con la Bioingeniería. (Sistemas de rehabilitación, prótesis, etc)

Identificación y caracterización del objeto del estudio.

Hipotesis.

Objetivos generales.

Objetivos específicos.

Inicio de desarrollos en el área de telerobótica/ tele-cirugía.

Bibliografía

Identificación y caracterización del objeto del estudio.

La introducción de la laparoscopía ha tenido un gran impacto en la práctica habitual de la cirugía y la reciente incorporación de la robótica a la videolaparoscopía ha revolucionado aún más la práctica quirúrgica (1). En estas intervenciones, el cirujano utiliza la información visual suministrada por una cámara fijada al endoscopio. Para obtener la imagen, el ayudante del cirujano manipula el laparoscopio y la cámara de video dentro de la cavidad abdominal para explorar las estructuras anatómicas y sus patologías. Puesto que estas operaciones pueden durar varias horas, con el brazo robótico se mantendría una imagen firme logrando una mayor estabilidad en la visión (2). En tal situación, un asistente robótico, capaz de mover la cámara laparoscópica, podría convertirse en una herramienta muy útil en la sala de operaciones (3)(4)(5).
Ya a mediados de la década del 90 (4)(6)(8)(9) se han realizado los primeros procedimientos laparoscópicos con la utilización de robots. Intuitive Surgical y Computer Motion (EEUU) son las principales empresas dedicadas a la fabricación de instrumental médico de avanzada, principalmente sistemas robóticos. El costo de este instrumental es considerablemente elevado, permitiendo su adquisición solo a algunos centros en el mundo.
Esta nueva tecnología se encuentra disponible en dos formas: 1- El brazo robótico como asistente del cirujano y 2- La cirugía laparoscópica a distancia a través de los sistemas robóticos Da Vinci y Zeus (10). En el año 1991 la empresa Computer Motion (10) desarrolló un brazo robótico capaz de asistir al cirujano en intervenciones laparoscópicas. permitiendo a un solo cirujano (11)(12) completar procedimientos mínimos, o resolver cirugías complejas con un solo asistente. El primer diseño consistía en un brazo articulado ubicado al lado de la camilla de operaciones que permitía el posicionamiento y manejo de la óptica, comandado por el cirujano por medio de pedales. Posteriormente este primer diseño fue mejorado incorporando un avanzado sistema de reconocimiento de voz, permitiendo un mayor control de los movimientos de la óptica (10).También en México y España se diseñaron prototipos robóticos que actualmente se encuentran en uso en seres humanos (13)(14).
El brazo robótico se ha utilizado para procedimientos en cirugía general, cirugía ginecológica, neurocirugía, cirugía urológica, cirugía cardiovascular, cirugía oftalmológica y traumatología (15)(16)(17)(18)(19).
Se han realizado estudios comparativos entre cirugías laparoscópicas convencionales y con la utilización del brazo robótico demostrando los beneficios de su uso (2)(6)(7)(12).
Existen reportes de la implementación de la robótica en cirugía Pediátrica a partir del año 2002 en numerosos procedimientos (10)(21)(22)(23).

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Hipótesis.

Los estudios comparativos entre cirugías laparoscópicas convencionales y con la utilización del brazo robótico demostraron que pueden ser perfectamente empleados. Esto permite al cirujano un mayor control del campo operatorio, mantiene una imagen firme reemplazando al asistente que sostiene la videocámara, eliminando la fatiga del mismo y logrando una mayor estabilidad en la visión.

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Objetivos generales.

a) Contribuir al desarrollo tecnológico nacional poniendo en marcha criterios de diseño, cálculo y construcción de dispositivos de gran utilidad dentro del área de la bioingeniería.
b) Favorecer la formación de RRHH, las actividades de investigación y desarrollo multidisciplinarios aprovechando en forma racional los recursos físicos y humanos existentes, habida cuenta de que el proyecto se llevará a cabo mediante la participación de distintas carreras de ingeniería de la Universidad Nacional de Córdoba, incluyendo la nueva carrera de Bioingeniería.
c) Formar a recursos humanos, al más alto nivel académico, en investigación, desarrollo y transferencia en áreas de la robótica aplicada a la bioingeniería
d) Formar a los becarios de manera que alcancen su Maestría y Doctorado en Ciencias de la Ingeniería.
e) Consolidar la actividad de un grupo de trabajo en investigación, desarrollo y transferencia en sistemas robóticos aplicados a la salud
f) Desarrollar el vínculo con empresas del medio interesadas en la temática y resolver problemas utilizando las metodologías de la Mecatrónica.
g) Divulgar resultados en ámbitos científicos adecuados: publicaciones nacionales e internacionales, presentaciones a congresos, y publicaciones e informes internos.
h) Patentar equipos y procesos desarrollados y utilizados en este Proyecto.
i) Transferir a empresas dedicadas a la ingeniería médica los resultados obtenidos.

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Objetivos específicos.

a) Desarrollar un brazo robótico asistente en cirugías laparoscópicas en conjunto entre médicos e ingenieros, (en un intento de aunar esfuerzos entre ambas disciplinas para diseñar un instrumental médico de avanzada), reduciendo costos y permitiendo una mayor accesibilidad al mismo, esperando concretar el diseño de un prototipo para cirugía laparoscópica que represente una ayuda eficaz para el cirujano, que cumpla con las normas de seguridad requeridas y que finalmente pueda ser utilizado en seres humanos.
b) Disponer de un robot que asista a los cirujanos del Servicio de Pediatría del Hospital de Niños Santísima Trinidad.
c) Disponer de un equipo "robot" para iniciar otros desarrollos tales como tele-cirugía, microcirugía, seguimiento por imagen, etc
d) Realizar investigación aplicada e innovación tecnológica, tanto teórica como experimental, que permita alcanzar un entendimiento y una explicación de los distintos aspectos involucrados en aplicaciones de bioingeniería (normas de bio-seguridad, esterilización, normas aplicables a equipamiento médico, materiales bio compatibles, etc)
e) Desarrollar y montar la infraestructura necesaria para el diseño de distintos robots aplicables a la salud humana (prótesis, equipos de rehabilitación, etc).

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Resultados esperados.

1. Disponer de un robot laparoscópico para asistir al cirujano: una vez finalizado el proyecto, se prevé que los cirujanos del Hospital de Niños Santísima Trinidad harán los primeros ensayos para su homologación
2. Formación de recursos humanos.
2.1 De grado: Participación de los alumnos de las carreras de Ingeniería incluyendo de manera muy especial a los de la nueva carrera de Bioingeniería.
Actualmente se cuenta con la colaboración de los siguientes alumnos de grado, bajo la figura de Ayudantes de Investigación:

Durante el año 2006, participó en la figura Ayudante de investigación el estudiante de Ing Aeronáutica, Ignacio Muttoni con quien se realizó el primer pre-diseño del prototipo
2.2 En postgrado: actualmente los Ingenieros Juan Pablo Pedroni y Jorge Naguil, integrantes del GRSI, están finalizando la maestría en Control Automático (UTN-FRC) y definiendo sus tesis para el doctorado. Los temas que encaran, tanto para la Especialidad como para la Maestría, están relacionados con el Brazo Robótico para Laparoscopía.

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Inicio de desarrollos en el área de telerobótica/ tele-cirugía

Primera Fase (Equipo de Ingenieros y Cirujanos): (actualmente se está realizando esta fase avalado por la SCyT, Proyecto 05/M092 "Sistema Endoscópico Automatizado para Posicionamiento Óptimo - 1a Etapa: Definición de Concepto.")
Para tener la Definición de Concepto y elegir la configuración que se adoptará para el proyecto a desarrollar, se analizará el estado actual de la cirugía robotizada, tomándose referencias de la aplicación de este tipo de operaciones en distintos países.
Se realiza una aproximación y familiarización de los Ingenieros Biomédicos al instrumental laparoscópico y al teatro operatorio, teniéndose previsto su asistencia a intervenciones laparoscópicas en pacientes en el Hospital de Niños. De allí surge la idea inicial que los ingenieros Biomédicos desarrollarán sobre la base de sistemas informaticos (Software) AutoCad y CATIA.

Segunda Fase (Equipo de Ingenieros y Cirujanos): (Propuesto para el año 2008)
El objetivo de la segunda fase es lograr un dispositivo denominado modelo de laboratorio (MDL) construído con componentes económicos obtenibles en el mercado nacional en el que se incorporarán todas las funciones relevantes requeridas y que será evaluado y criticado por el equipo de cirujanos especializados en vidolaparoscopía del Servicio de Cirugía del Hospital de Niños, constituyéndose lo que se denominará Revisión Preliminar del Diseño (RPD). Los resultados de dicha evaluación serán utilizados para el desarrollo del modelo de ingeniería (MDI), siendo éste el modelo definitivo. Durante el desarrollo se llevarán a cabo reuniones de consultas y de información acerca del grado de avance del proyecto.
En esta etapa de diseño se realizarán simulaciones con MatLab, se implementarán distintos algoritmos de control y se realizarán ensayos con "Hardware In the Loop" (HIL).
Los planos serán realizados en AutoCad y SolidWorks para luego traducirlo a SimMechanics y permitir su simulación con MatLab - Simulink.
Se construirá un pequeño prototipo escala 1:2 para realizar todas las evaluaciones referidas al diseño electromecánico, comportamiento dinámico, etc.
En particular, al finalizar  el año 2008 se pretende disponer:
a) de un robot prototipo, escala 1:2 para realizar las distintas actividades de validación del proyecto. Modelización, simulación, control de interfaces, definición de protocolos de comunicación, diseño de los controladores de potencia (llaves H con modulación PWM, etc)
b) Un posicionador pasivo, similar al modelo definitivo del robot, sin servomotores pero con sensores para:

• registrar las señales de los sensores de posición para determinar las distintas solicitaciones a los que lo exijan los cirujanos al mover al laparoscopio manipulando el posicionador pasivo
• determinar y aplicar las distintas normas de bio-seguridad a las que se verá sometido el robot definitivo
• acostumbrar a los cirujanos a la presencia de un robot pasivo en el quirófano

El objetivo es lograr un robot denominado modelo de laboratorio (MDL) construído con componentes económicos obtenibles en el mercado nacional en el que se incorporarán todas las funciones relevantes requeridas y que será evaluado por el equipo constituído por ingenieros y médicos cirujanos especializados en laparoscopía, constituyéndose en lo que se denominará "Revisión Preliminar del Diseño" (RPD).
Los resultados de dichas evaluaciones serán utilizados para la realización de la siguiente fase: 

Tercer Fase (Equipo de Ingenieros y Cirujanos): (Año 2009)
En esta fase, el objetivo es el desarrollo del robot "Modelo De Ingeniería" (MDI) siendo éste el modelo que será sometido a las pruebas de aceptación y reajustes de diseño durante el segundo año.
En esta fase se pondrá a prueba el diseño preliminar mediante su utilización en dispositivos simuladores de cirugías laparoscópicas o en animales de experimentación. En esta etapa se trabajará en conjunto entre cirujanos e Ingenieros biomédicos para la puesta a punto del proyecto y lograr llevarlo a la práctica en seres humanos.
Estas actividades de aceptación se realizarán fundamentalmente en el Hospital de Niños de la Santísima Trinidad y serán llevadas a cabo por el equipo de médicos expertos mencionado.
Durante el desarrollo se llevarán a cabo reuniones de consultas y de información acerca del grado de avance del proyecto.

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BIBLIOGRAFIA.

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2- Kavaoussi LR, Moore RG, Adams JB, Partin AW. “Comparison of robotic versus human laparoscopic camera control”. J Urol. 1995 Dec;154(6):2134-6. Erratum in: J Urol 1997 Oct;158(4):1530.
-3- Ivo Baæa, Christian Schultz, Leszek Grzybowski, et cols. "Voice-Controlled Robotic Arm in Laparoscopic Surgery". Croatian Medical Journal. March 1999 (Volume 40, Number 3). Germany.
4- Geis P, Kim C, Zern JT, McAfee PC.: "Surgeon voice control of the laparoscopic visual field using the robotic arm". Minimally Invasive Therapy Allied Technologies, 1996;5(Supp1):48.
5- Aiono S, Gilbert JM, Soin B, Finlay PA, Gordan A.: "Controlled trial of the introduction of a robotic camera assistant (EndoAssist) for laparoscopic cholecystectomy". Surg Endosc 2002;16:1267-70.
6- Kavoussi LR, Moore RG, Adams JB, Partin A.: "Comparison of robotic versus human laparoscopic camera control". [published erratum appears in J Urol 1997 Oct, 158(4):1530]. J Urol 1995;154:2134-6.
7- Dunlap KD, Wanzer L.: "Is the robotic arm a cost-effective surgical tool?". AORN J. 1998 Aug;68(2):265-72. Erratum in: AORN J 1998 Sep;68(3):368.
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9- Begin E, Gagner M, Hurteau R y Cols. “A robotic camera for laparoscopic surgery: conception and experimental results” Surg Laparosc Endosc.1995Feb;5(1):6-11.
10- Shew S., Ostlie D. “Robotic Telescopic Assistance in Pediatric Laparoscopic Surgery” Pediatric Endosurgery & Innovative Techniques. 2003. Volume 7, Number 4.
11- Antiphon P, Hoznek A, Byoussef A y cols. “Complete solo laparoscopic radical prostatectomy: initial experience” Urology. 2003 Apr;61(4):724-8;728-9
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13- Victor F. Muñoz, J. Gómez de Gabriel, J. Fernández Lozano, I. García Morales, C. Pérez del Pulgar, M. Azouaghe. “Diseño y Control de un Asistente Robótico para Cirugía Laparoscópica”. http://www.cea-ifac.es/actividades/jornadas/XXII/documentos/E_00_R.pdf
14- Arturo Minor. “Suma “Tonatiuh” más de cien cirugías. Operan con brazo robot”. http://www.cinvestav.mx/medios/4ago05.pdf
15- Shennib H, Bastawisy A, McLoughlin J, Moll F.: "Robotic computer assisted telemanipulation enhances coronary artery bypass". J Thorac Cardiovasc Surg 1999;117:310-3.
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20- Vara-Thorbeck C., Munoz VF.,Toscano R., Gomez J. y cols. “A new robotic endoscope manipulator. A preliminary trial to evaluate the performance of a voice-operated industrial robot and a human assistant in several simulated and real endoscopic operations” Surg. Endosc. 2001 Sep;15(9):924-7. Epub 2001 Jun 19.
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22- Brant N. Luebbe, MD, Russell Woo, MD, Stephen A. Wolf, MD, Michael S. Irish, MD. “Robotically Assisted Minimally Invasive Surgery in a Pediatric Population: Initial Experience, Technical Considerations, and Description of the da Vinci® Surgical System” Pediatric Endosurgery & Innovative Techniques Dec 2003, Vol. 7, No. 4: 385-402
23- Gutt CN, Markus B, Kim ZG y Cols. "Early experiences of robotic surgery in children" Endosc. 2002 Jul;16(7):1083-6. Epub 2002 Apr 9.
24- Mathé, L "Diseño de Brazo Robótico para Laparoscopía" 2006 http://www.robotlaparo3.blogspot.com/
25- Mathé, L; Vanella, O; Gomez, G; Pedroni, JP; Naguil, J; Comelli, F "Definición conceptual de un Brazo robótico para Laparoscopía" 2007, UNC-FCEFyN.

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