SARAS: Brazos robóticos autónomos dotados de un sistema cognitivo para asistir al cirujano en quirófano

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SARAS: Hacia la robótica cognitiva en cirugía

En la actualidad, durante una intervención quirúrgica laparoscópica asistida por robot, se requieren varias unidades de personal médico en el quirófano: el cirujano principal que teleopera el robot quirúrgico, el cirujano asistente que le asiste y el personal de enfermería.

Bajo este paradigma se ha desarrollado SARAS (Smart Autonomous Robot Assistant Surgeons), un proyecto en el cual ha participado el grupo de Robótica y Visión del Centro de Investigación en Ingeniería Biomédica (CREB) de la UPC.

Mejorar la eficiencia y dotar de un sistema cognitivo autónomo las unidades de cirugía R-MIS

En el marco de SARAS, se han creado sistemas robóticos quirúrgicos de última generación que permiten a un solo cirujano ejecutar una cirugía robótica de mínima invasión (en inglés, Robotic Minimally Invasive Surgery - R-MIS) sin la necesidad de un cirujano asistente experto, aumentando así la eficiencia de los recursos económicos y sociales de un hospital y garantizando el mismo nivel de seguridad para los pacientes.

El concepto de robot en el cual se ha trabajado consiste en un sistema integral de cirugía en solitario (solo-surgery system), mediante la integración de dos brazos robóticos adicionales de asistencia (que asumen las tareas del cirujano asistente) dotados de autonomía, y un núcleo de inteligencia artificial cognitivo y cooperativo con un sistema robótico quirúrgico. Para conseguirlo, los robots auxiliares tienen que conocer el procedimiento quirúrgico básico y poder interpretar en cada momento en qué fase del proceso se encuentra para poder decidir qué actuación de asistencia hay que realizar, una vez se haya producido la actuación del cirujano principal. Estas ayudas pueden consistir tanto en mover un órgano como sujetar una aguja de sutura.

Este concepto ha requerido el desarrollo de tecnologías específicas para su implementación:

  • El diseño de un módulo de percepción, que inferirá el estado del procedimiento y las acciones realizadas por el cirujano que teleopera los brazos robóticos o utiliza herramientas laparoscópicas estándares. Este también se encarga de comprender la complejidad del área quirúrgica, reconstruyendo, etiquetando y rastreando todos sus elementos según el observado por los sensores disponibles.
  • El diseño de un módulo de control cognitivo que prediga los siguientes pasos del procedimiento a partir de datos de intervenciones reales la estructura de procedimientos laparoscópicos complejos para identificar anomalías, comprender las acciones del cirujano (conciencia de la situación) y sus necesidades futuras (toma de decisiones).
  • El diseño de una arquitectura de control de múltiples robots de bajo nivel, en la cual las órdenes de alto nivel serán trazadas en órdenes para los brazos robóticos. En este sentido, se ha requerido el diseño de un módulo de planificación avanzada y navegación capaz de traducir las decisiones autónomas tomadas por el módulo cognitivo en trayectorias apropiadas para las herramientas laparoscópicas montadas en los brazos robóticos de asistencia SARAS.
  • El desarrollo de los dos brazos robóticos de asistencia, en sustitución del cirujano asistente, con capacidad de dirigir las herramientas laparoscópicas estándares y específicas para el procedimiento clínico en particular.

La contribución tecnológica del CREB-UPC

El CREB de la UPC ha contribuido en el desarrollo del sistema de control de los robots auxiliares que permitirán asistir al cirujano en cirugía robótica por teleoperación, supliendo así las tareas auxiliares que normalmente hace el cirujano asistente.

La tarea que el CREB ha llevado a cabo en los cuatro años del proyecto, se ha centrado en verificar la efectividad lograda en un campo quirúrgico sintético, como es una prostatectomía radical. El trabajo desarrollado ha comportado modelizar el procedimiento, establecer las reglas de actuación e integrarlo en el ‘DaVinci Research Kit’, una plataforma de teleoperación con robot quirúrgico orientada en la investigación en técnicas de asistencia robótica en cirugía.

SARAS ha sido desarrollado por un consorcio integrado por la Universidad de Verona, Universidad de Modena, Universidad de Ferrara, Ospedale San Raffaele de Milán, Universidad de Dundee, Universidad de Brookes, Medineering Surgical Robotics y ACMIT Austrian Center y la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC), a través del grupo de Robótica y Visión del CREB. SARAS ha sido financiado por el programa Horizon 2020 Research and Innovation con una dotación total de 4.225.000 €, de los cuales 410.000 € han financiado la tarea del CREB.

Más información en el sitio web oficial del proyecto.


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