Diseño y modelado del robot PA-10 virtual para aplicaciones quirúrgicas

Resumen

El trabajo presenta la implementación de un simulador quirúrgico virtual para operaciones de laparoscopia utilizando asistentes robóticos. Para este tipo de simuladores son necesarios tres robots: un robot portaendoscopio (en este caso se utiliza un robot Hibou) y dos robots quirúrgicos (en este caso un robot Lapbot y un robot tipo PA-10). Los tres robots son manejados por joystick en un ejercicio de extracción de vesícula biliar (colecistectomía), y se incluyen en el ejercicio algoritmos de deformación que modifican los órganos al contacto del órgano terminal del robot PA-10, imprimiéndole mayor realismo al simulador. Los resultados proporcionan la base de un simulador quirúrgico utilizando tres robots asistenciales, en un ejercicio común en laparoscopia, ideal para el entrenamiento de nuevos cirujanos.

Palabras clave

laparoscopia, modelado de robots, robot virtual, robótica quirúrgica, simulador quirúrgico

Referencias

• R. Mishra, S. Wexner and R. Green, Textbook of Practical Laparoscopy Surgery. New Delhi: Jaypee Brothers Medical Publishers, 2013. DOI: http://dx.doi.org/10.5005/jp/books/11753. DOI: https://doi.org/10.5005/jp/books/11753
• P. Escobar and T. Falcone, Atlas of Single-Port, Laparoscopic, and Robotic Surgery: A Practical Approach in Gynecology. New York: Springer New York, 2014. DOI: http://dx.doi.org/10.1007/978-1-4614-6840-0. DOI: https://doi.org/10.1007/978-1-4614-6840-0
• G. H. Ballantyne and F. Molle, “The Da Vinci telerobotic surgical system: the virtual operative field and telepresence surgery”, Surgical Clinics of North America, vol. 83 (6), pp. 1293-1304, Dec. 2003. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/S0039-6109(03)00164-6. DOI: https://doi.org/10.1016/S0039-6109(03)00164-6
• R. Smith and M. Truong, Simulation in Robotic Surgery: a comparative review of simulators of the da Vinci surgical robot. Oviedo, FLA: Modelbenders Press, 2013.
• R. Polet and J. Donnez, “Using a laparoscope manipulator (Lapman) in laparoscopic gynecological surgery”, Surgical Technology International, vol. 17, pp. 187-191, 2008.
• S. Kommu P. Rimington, C. Anderson and A. Rané, “Initial experience with the EndoAssist camera-holding robot in laparoscopic urological surgery”, Journal of Robotic Surgery, vol. 1 (2), pp. 133-137, Jul. 2007. DOI: http://dx.doi.org/10.1007/s11701-007-0010-5. DOI: https://doi.org/10.1007/s11701-007-0010-5
• B. Kraft, C. Jäger, K. Kraft and R. Bittner, “The Aesop robot system in laparoscopic surgery: increased risk or advantage for surgeon and patient?”, Surgical Endoscopy, vol. 18 (8), pp. 1216-1223, Aug. 2004. DOI: http://dx.doi.org/10.1007/s00464-003-9200-z. DOI: https://doi.org/10.1007/s00464-003-9200-z
• J. Justo, A. Pedroza, E. Prado et al., “Un nuevo simulador de laparoscopia”, Medigraphic Artemisa, vol. 75 (1), pp. 19-23, Jan. – Feb. 2007.
• J. García, M. Arias and E. Valencia, “Diseño de prototipo de simulador para entrenamiento en cirugía laparoscópica”, Revista Ingeniería Biomédica, vol. 5 (9), pp. 13-19, Jan. – Jun. 2011.
• S. Sanz, F. Sánchez, I. Díaz and J. Usón, “Validación preliminar del simulador físico Simulap® y de su sistema de evaluación para cirugía laparoscópica”, Cirugía Española, vol. 90 (1), pp. 38-44, Jan. 2012. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.ciresp.2011.07.013. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ciresp.2011.07.013
• T. Matsuda, Y. Ono, S. Baba et al., “Positive correlation between motion analysis data on the Lapmentor virtual reality laparoscopic surgical simulator and the results from video tape assessment of real laparoscopic surgeries”, The Journal of Urology, vol. 179 (4), p. 661, Apr. 2008. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/S0022-5347(08)61930-8. DOI: https://doi.org/10.1016/S0022-5347(08)61930-8
• A. Rolls, C. Riga, C. Bicknell et al., “A pilot study of video-motion analysis in endovascular surgery: Development of real-time discriminatory skill metrics”, European Journal of Vascular and Endovascular Surgery, vol. 45 (5), pp. 509-515, May. 2013. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.ejvs.2013.02.004. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ejvs.2013.02.004
• S. Patel, C. Radia, S. Bains and R. Varma, “WII Trauma Centre VS. LapSim: Are modern game consoles comparable to simulators for the development of laparoscopic skills?”, International Journal of Surgery, vol. 11 (8), p. 598, Oct. 2013. Sapna Patel, Chandni Radia, Sonia Bains, Rajesh Varma. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.ijsu.2013.06.062. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijsu.2013.06.062
• W. Brinkman, J. Luursema, B. Kengen et al., “Da Vinci skills simulator for assessing learning curve and criterion-based training of robotic basic skills”, Urology, vol. 81 (3), pp. 562-566, Mar. 2013. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.urology.2012.10.020. DOI: https://doi.org/10.1016/j.urology.2012.10.020
• D. Guzmán and A. Vivas, “Software para la práctica de la robótica quirúrgica”, Ingeniería y Universidad, vol. 19 (1), pp. 7-25, Jan. – Jun. 2015. DOI: http://dx.doi.org/10.11144/Javeriana.iyu19-1.sprq. DOI: https://doi.org/10.11144/Javeriana.iyu19-1.sprq
• S. Salinas and A. Vivas, “Modelado, simulación y control del robot para cirugía laparoscópica Lapbot”, Revista Chilena de Ingeniería, vol. 17 (3), pp. 317-328, Dec. 2009. DOI: http://dx.doi.org/10.4067/s0718-33052009000300005. DOI: https://doi.org/10.4067/S0718-33052009000300005
• V. Torres, C. Méndez, A. Vivas and S. Salinas, “Diseño y simulación en 3D de un robot porta endoscopio para operaciones de laparoscopia”, en V Seminario Internacional de Ingeniería Electrónica, Bucaramanga, Colombia, Sep. 2011.
• C. W. Kennedy and J. P. Desai, “Modeling and control of the Mitsubishi PA10 robot arm harmonic drive system”, IEEE ASME Transactions on Mechatronics, vol. 10 (3), pp. 263-274, Jun. 2005. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/TMECH.2005.848290. DOI: https://doi.org/10.1109/TMECH.2005.848290
• N. Bompos, P. Artemiadis, A. Oikonomopoulos and K. Kyriakopoulos, “Modeling, full identification and control of the mitsubishi PA-10 robot arm”, IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent
• Mechatronics, Zurich (Switzerland), pp. 1-6, Sep. 2007. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/aim.2007.4412421. DOI: https://doi.org/10.1109/AIM.2007.4412421
• E. Dombre and W. Khalil, Modeling, Performance Analysis and Control of Robot Manipulators. London: Wiley, 2010.
• B. Garcés, O. Mora and A. Vivas, “Estudio del uso de robots industriales como asistentes en operaciones de laparoscopia”, Revista Facultad de Ingeniería Universidad de Antioquia, n° 47, pp. 91-102, Mar. 2009.
• K. Levenberg, “A method for the solution of certain nonlinear problems in least squares”, Quarterly of Applied Mathematics, vol. 2, pp. 164-168, 1944. DOI: https://doi.org/10.1090/qam/10666
• A. Vivas, Diseño y Control de Robots Industriales: Teoría y Práctica. Buenos Aires: Elaleph, 2010.
• R. Gómez and F. Montero, “Visualización y deformación de objetos virtuales 3d”, Tesis de grado, Ingeniería en Automática Industrial, Universidad del Cauca, Colombia, 2012.