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Robótica Médica y Asistencial
como herramienta para la mejora de la salud
Enrique J Bernabeu
Instituto Universitario de Automática
e Informática Industrial (ai2)
[email protected]
Aceptación Robot Médicos
Estos robots proporcionan ventajas medibles y
significativas, pero tienen que ser social, médicamente
aceptados y utilizados
Los robots ofrecen las siguientes ventajas:
• Incrementan la capacidades técnicas del cirujano
• Proporcionan seguridad quirúrgica
• Proporcionan consistencia además de capturar
información
• Asistencia en rehabilitación
• Vigilancia y monitorización
Robótica Médica Asistencial: ENFOQUE
1. Cirugía Integrada por Computador
2. Rehabilitación y Robótica Asistencial
Robótica Médica Asistencial: ENFOQUE
1. Cirugía Integrada por Computador
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Sistemas Ortopédicos
Sistemas Ubicación Agujas Percutáneas
Sistemas Telequirúrgicos
Sistemas Microquirúrgicos
Sistemas Endoluminales
Cirugía Integrada por Computador
Los robot médicos pueden clasificarse:
• Diseño Manipulación (cinemática,
actuación)
• Nivel de Autonomía (preprogramado,
teleoperado, control cooperativo)
• Aplicación (cardíaco, intravascular,
percutáneo, laparoscopia, microquirúrgico)
• Entorno (in-scanner, quirófano,…)
Cirugía Integrada por Computador (CIS)
Cirugía Integrada por Computador (CIS)
Cirugía CAD/CAM
• Robots incrementan la habilidad del cirujano
– Explotando precisión geométrica del robot
– Integración son sistemas de visión
• El Robot es una herramienta controlada por
computador y por el cirujano
Robot Interfaz
x· cmd
Control
Posición
fherramienta
fmano
Steady Hand. The Johns Hopkins University
Cirugía Integrada por Computador (CIS)
Hay dos categorías de Robots Quirúrgicos:
1. Extensión del cirujano
(teledirigido o no)
DaVinci (Intuitive Surgical Inc)
Sensei (Hansen Medical)
Steady Hand (The Johns
Hopkins University)
Acrobot (Imperial College)
RIO Robotic Arm Interactive
(MAKOplasty),
TELELAP ALF-X
(SOFAR S.p.A)
Cirugía Integrada por Computador (CIS)
2. Apoyo/Auxilio al Cirujano: Retracción
tejidos, sujeción endoscópica
– Reduce personal en quirófano, tareas
automatizadas, mayor sensación de control.
Ejemplo: Aesop Endoscope Positioner
(Computer Motion)
Robótica Médica Asistencial: ENFOQUE
1. Cirugía Integrada por Computador
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Sistemas Ortopédicos
Sistemas Ubicación Agujas Percutáneas
Sistemas Telequirúrgicos
Sistemas Microquirúrgicas
Sistemas Endoluminales
Aplicaciones CIS
SISTEMAS ORTOPÉDICOS
Aporta :
- Precisión Geométrica
- Precisión Corte y Ubicación de Prótesis
Ejemplo: Acrobot, RIO Robotic Arm
Acrobot
Video: RIO Robotic Arm
Aplicaciones CIS
SISTEMAS DE UBICACIÓN DE AGUJAS
PERCUTÁNEAS
Aporta :
- Menos invasivo
- Ubicación de la aguja
- Orientación adecuada
- Seguimiento de la trayectoria de insercción
Ejemplo: Steady Hand
Aplicaciones CIS
SISTEMAS TELEQUIRÚRGICOS
Aporta :
- El cirujano dirige al robot
Vía: Joystick, pedales, voz, visión por
computador, …
Ejemplos: da Vinci, Aesop
Aplicaciones CIS
SISTEMAS MICROQUIRÚRGICOS
Aporta :
- Aplicación en estructuras delicadas: cerebro,
médula espinal, pequeños nervios/vasos sanguíneos
- Asiste en la fuerza aplicada por el cirujano
- Compensación temblor
Ejemplo: Steady Hand, Ophthalmic Instrument,
Laryngoscope instrument
Aplicaciones CIS
ROBOTS ENDOLUMINALES
Aporta :
- Compensa la limitación destreza/giro de la
mano que dificulta llegar a determinado objetivos
- Reduce los problemas de los catéteres para
dirigirlos a su destino
- Catéteres con mayor grado de libertad
Ejemplo: Spider Pill, HeartLander, Semiautonomous robotic colonoscope
Rehabilitación y Robótica Asistencial
- La robótica de habilitación tiene más de 40 años
- Gran crecimiento en las próximas décadas.
- El envejecimiento de la edad, el retardo en la
jubilación hace que sea fundamental programas:
- Desarrollo robots personales
- Terapias robotizadas
- Prótesis inteligentes
- Hogares inteligentes
- Servicios de tele-rehabilitación, …
Rehabilitación y Robótica Asistencial
- Asiste a “entrenar” o “reaprender”
movimientos
- Asiste a incrementar funciones físicas y
cognitivas
- Monitorizar y a diagnosticar a personar en
su actividad diaria
Rehabilitación y Robótica Asistencial (RRA)
CLASIFICACIÓN:
- Robots Terapéuticos. Según tarea:
* Movimiento extremidades/articulaciones
* Incrementar comunicación/educación
- Prótesis Inteligentes
- Robots Asistenciales. Según tarea:
* Manipulación
* Movilidad
* Cognitivos
RRA: Robots Terapéuticos
MOVIMIENTO EXTREMIDADES
RRA:
• Robots entrenan o ayudan a “reaprender”
movimientos
Terapéuticos
Prótesis
Asistenciales
• Pacientes con problemas espina dorsal,
derrame cerebral, parálisis cerebral
RRA: Robots Terapéuticos
Ejemplos: Extremidades Superiores
RRA:
Terapéuticos
Prótesis
Asistenciales
MIT-MANUS (MIT) Primer robot
Asiste al movimiento de un brazo sobre un plano
El paciente trata de ubicar un curso en un pantalla
RRA: Robots Terapéuticos
MIME (col. Stanford Univ.)
Puma-560. Rehabilitación 6 grados de libertad
Movimiento activo/pasivo
RRA:
Terapéuticos
Prótesis
Asistenciales
RRA: Robots Terapéuticos
ARM-Guide (Rehabilitation Institute of Chicago)
Con forma de Trombón.
Realiza movimiento rectilíneos del brazo
Orientado crónicos derrame cerebral
RRA:
Terapéuticos
Prótesis
Asistenciales
Bi-Manu-Track (Klinik Berlin, Neurological Rehab.)
Dos motores para giro muñeca (activo/pasivo)
Alta recuperación en movimiento mano lesionada
RUPERT (Arizona State Univ.) Parálisis Cerebral
Exoesqueletos: ARM-In (Zurich Univ.) WREX
(Univ. California,Irvine)
RRA: Robots Terapéuticos
Ejemplos: Extremidades Inferiores
(uso en clínicas)
RRA:
Terapéuticos
Prótesis
Asistenciales
GT-I (Reha-Stim) Se mueve la
plataforma en los pies imitando el
movimiento al andar. El torso es
movido independientemente
Utilizado también en pacientes
con derrame cerebral
RRA: Robots Terapéuticos
Lokomat® (Hocoma)
Es un robot exoesqueleto sobre cinta
transportadora
RRA:
Terapéuticos
Prótesis
AutoAmbulator (HealthSouth Corp.)
Dos brazos que asisten a dar pasos sobre una
cinta transportadora
Asistenciales
Sistema en Desarrollo: PAM POGO (U. Cal. Irvine)
PAM (Pelvic Assist Manipulator) es un robot 5 DOF
POGO (Pnuematically Operated Gait Orthosis) es un robot
en forma de pierna con 2 DOF (tan caro como un
motor electrico
RRA: Prótesis Inteligentes
En 2005 DARPA lanzó proyecto a 4 años para
revolucionar las prótesis inteligentes
• Prótesis brazo y mano dirigida por señales EMG
RRA:
Terapéuticos
Prótesis
• Ventaja (colateral) : Propiocepción Psicológica
Asistenciales
La fuerza de agarre es mecánicamente
devuelta a los músculos del hombro por
lo que el usuario puede evaluar la fuerza
a aplicar en el agarre
RRA: Robots Asistenciales
• Asistir personas con alguna discapacidad para
mejorar su calidad de vida
• Tecnología altamente personalizada
RRA:
Terapéuticos
Prótesis
Asistenciales
• Históricamente más enfoque en discapacidades
físicas más que en cognitivas.
• Dificultades no técnicas para desarrollar robots
que han de coexistir con humanos
Robots Asistenciales:
Manipulación, Movilidad y Cognitivos
RRA: Robots Asistenciales
MANIPULACIÓN
• ProVar Puma-260 sobre
RRA:
Terapéuticos
cinta. Deja/coge objetos
de una estantería (p.e.
cocina). Coste $100.000
Prótesis
• AfMASTER/RAID
Asistenciales
versión europea para
oficina. Espacio trabajo
2m x 3m. Más de 20 años
• Handy-1 Robot 3 DOF.
Asiste en la alimentación
de personas con parálisis
cerebral. Coste $6.000
RRA: Robots Asistenciales
MANIPULACIÓN
• iARM (MANUS) Silla eléctrica con brazo
articulado. Asiste a personas distrofia muscular
RRA:
Terapéuticos
Primer dispositivo que puede ser prescrito por un
médico y con cobertura sistema de salud
Prótesis
Asistenciales
Existen multitud de sillas eléctricas que permiten
la manipulación de objetos por parte del usuario
RRA: Robots Asistenciales
MOVILIDAD
• HelpMate Busca y traslada objetos en
hospitales. Utiliza mapa y sensores ultrasonidos
RRA:
Terapéuticos
Prótesis
Asistenciales
• Care-O-bot / Pam-Aid Andadores con sistema de
navegación y sensorización (frenan ante obstáculo)
• Care-O-bot 3 / CASERO Robots cuidado
personas mayores
Multitud de sillas eléctricas para personas con
discapacidades cognitivas y comunicación:
Hepahaestus, Wheelesley, Kares, etc
RRA: Robots Asistenciales
COGNITIVOS
Incrementa agentes motivacionales y educacionales
en terapias rehabilitación
RRA:
Terapéuticos
Prótesis
Asistenciales
• PARO Cría de foca. Responde al sonido, contacto,
luz. Utilizado con niños autistas y personas mayores
• CosmoBot Motiva habla y psicomotricidad a niños
autistas, con síndrome de Down y con parálisis
cerebral
• Wakamaru Asiste a personas en su hogares.
Vigila riesgo de caída y recuerda cuidados de salud.
Hace gestos con los brazos
Conclusiones
Impacto de la Robótica en la Salud
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Cirugía
Rehabilitación
Prótesis
Asistencia manipulación, movilidad, cognitiva
FUTURO:
• Diagnosis y monitorización a distancia
– “Llevar” Sensores
• Clínicas y Hogares Inteligentes
– Sensores/Actuadores Ambientales
– Comunicación clínica-hogar