PROYECTO ACTIVO
Robot quirúrgico para el aspirado autónomo de sangrado durante una intervención laparoscópica (Surgical robot for Autonomous Bleeding Suction)
Entidad financiadora: Ministerio Ciencia e Innovación
Referencia: PID2021-125050OA-I00
Universidad: Universidad de Málaga
Duración: Desde 01/09/2022 hasta 31/08/2025
Investigador Responsable: Irene Rivas Blanco
Resumen
En la presente propuesta se pretende dar un paso mas allá en el campo de los robots quirúrgicos autónomos mediante el desarrollo de estrategias de colaboración que permitan realizar el aspirado de un sangrado durante una intervención laparoscópica de forma automática. En la mayoría de las intervenciones quirúrgicas, las maniobras realizadas para completar el procedimiento provocan sangrados de las estructuras anatómicas, lo que conlleva que la zona de la intervención quede cubierta de sangre. Cuando esto sucede es necesario eliminarla mediante un aspirador quirúrgico para volver a hacer la zona visible, así como localizar la fuente del sangrado para cauterizarla. Se propone, por tanto, aumentar las capacidades del sistema robótico mediante un sistema de supervisión capaz de detectar y caracterizar el sangrado en la imagen endoscópica, así como desarrollar estrategias de colaboración para que el sistema robótico aspire la zona de sangrado de forma autónoma.
El procedimiento de colaboración humano-máquina para el aspirado autónomo de sangrado implica: (1) la detección y caracterización de sangrado a partir del análisis de la imagen endoscópica, (2) la navegación autónoma del aspirador hasta la zona de sangrado sin colisionar con el resto de instrumental quirúrgico, y (3) la actuación del aspirador automático para limpiar la zona. Por tanto, el sistema propuesto tendrá las siguientes funcionalidades:
- Algoritmo de detección y caracterización del sangrado. Este algoritmo analizará la imagen endoscópica y proporcionará información del sangrado en dos niveles: a nivel cuantitativo, detectará la presencia y zona de sangrado; y a nivel cualitativo, proporcionará información acerca del tipo de sangrado y la fase en que se encuentra, información necesaria para poder supervisar el correcto desempeño de la maniobra de aspirado.
- Sistema supervisor que, a partir de la caracterización del sangrado proporcionado por el algoritmo anterior y la interacción con el cirujano mediante una interfaz HRI, determinará las acciones correspondientes que debe llevar a cabo el asistente robótico para realizar la maniobra de limpieza de la zona de sangrado.
- Planificación de movimientos de alto nivel para llevar a cabo las acciones comandadas por el sistema supervisor. Este planificador se encargará tanto de comandar las primitivas de movimiento al brazo robótico para que alcance de forma segura la zona de sangrado, como de las primitivas características de la maniobra de aspirado: control de la fuerza de contacto de la herramienta, control de la fuerza de succión, etc.
Objetivos
El objetivo general de la presente propuesta de proyecto se planta como:
Establecer los procedimientos, técnicas y tecnologías necesarias para la implantación de un sistema robótico colaborativo capaz de asistir de forma autónoma al cirujano mediante el aspirado autónomo del sangrado durante intervenciones de cirugía laparoscópica. El sistema se fundamentará en un algortimo de detección y caracterización del sangrado y un sistema de planificación de movimientos de alto capaz de navegar el aspirador de forma segura hasta la zona de sangrado y actuarlo hasta limpiar la zona por completo, bajo la supervisión de un sistema supervisor que garantice el correcto desempeño de la maniobra.
Para lograr este objetivo general se establecen los siguientes objetivos específicos:
- Objetivo 1: Definición de los protocolos de aspirado de sangrado en entornos quirúrgicos. Se definirán los distintos tipos de sangrado que se pueden dar en una intervención quirúrgica, así como las fases que los componen, las actuaciones que debe llevar a cabo el asistente robótico para limpiar la zona afectada, y los parámetros para determinar que la maniobra ha finalizado correctamente.
- Objetivo 2: Implementación de un algoritmo de detección y caracterización de sangrado en la imagen endoscópica. Este sistema, basado en análisis de imagen mediante técnicas de aprendizaje profundo, detectará la presencia de sangrado así como la localización del mismo. Además, este algoritmo deberá proporcionar información cualitativa acerca del tipo y el estado del sangrado.
- Objetivo 3: Definición e implementación de metodologías para la planificación de movimientos de alto nivel para el aspirado automático de sangrado. Se definirán las estrategias de interacción entre el cirujano y el brazo robótico para la navegación segura del instrumental, así como las primitivas que permitan controlar la potencia de succión del aspirador automático y la fuerza ejercida sobre la superficie. Para ello, se utilizarán estrategias de aprendizaje por demostración basadas en demostraciones de cirujanos expertos.
- Objetivo 4: Integración del sistema completo y validación. Se integrará el trabajo realizado en los objetivos anteriores en un sistema supervisor que garantice el correcto desempeño de la maniobra autónoma, y que comande las acciones correspondientes al planificador de alto nivel en función del tipo y estado del sangrado. Finalmente, se procederá a realizar la validación del sistema mediante una serie de experimentos realizados en un demostrador funcional.