Dispositivos hápticos y cirugía robótica

Félix Monasterio-Huelin Maciá

robolabo.etsit.upm.es/haptico

A. Ciencia e historiaB. Dispositivos e Interfaces hápticos

Cinemática Modos de interacción

C. Sistemas hápticos Métodos de manipulación Métodos de control

D. Cirugía robótica

A. Ciencia e historiaB. Dispositivos e Interfaces hápticos

Cinemática Modos de interacción

C. Sistemas hápticos Métodos de manipulación Métodos de control

D. Cirugía robótica

D) Cirugía robótica

InformaciónProductos comerciales

INFORMACIÓN

● PC WORLD Digital (abril de 2006).● El sistema Da Vinci puede realizar todo tipo de intervenciones, hasta la fecha esta capacitado

para más de 10.000 procedimientos, aunque está muy especializado en áreas como la cirugía abdominal, cardiaca, torácica, pediátrica, ginecológica, y sobre todo, la urológica. De hecho, casi la mitad de las operaciones realizadas con estos equipos durante 2005, unas 20.000 en total, han tenido como misión la extirpación parcial o completa de próstatas cancerosas (prostatectomía), la segunda causa de muerte por cáncer en varones, con unos resultados bastante satisfactorios.Un estudio publicado en el año 2003 por el Diario Británico de Urología, sobre una muestra de 300 pacientes, demostró que los operados mediante cirugía convencional habían perdido cinco veces más sangre, tenían cuatro veces más riesgo de complicaciones y necesitaban tres veces más de tiempo de convalecencia en el hospital. Por el contrario, los enfermos intervenidos mediante Da Vinci, tenían más posibilidades de que el cáncer no se reprodujera (14 %), recuperaban la función urinaria en aproximadamente un mes y medio, cuatro veces más rápido que los tratados con cirugía convencional. Además, la mayor parte de los pacientes “robóticos” habían recuperado en unos 11 meses su capacidad sexual, mientras que la mitad de los “convencionales” no la habían recuperado dos años después.Otra de las disciplinas donde más destaca Da Vinci es en la cirugía cardiovascular, por ejemplo, es perfectamente capaz de reparar una válvula mitral, una operación relativamente común entre los enfermos cardiovasculares, sin ningún tipo de problema y simplificando la intervención de manera notable pues, sin entrar en muchos detalles, para cambiar una válvula mitral en una operación típica, el cirujano debe primero atravesar el esternón y abrir el tórax con un retractor, un instrumento para mantener separados los bordes de la herida, etc., mientras que con Da Vinci sólo se necesitan tres pequeñas incisiones para que las varillas de sus tres brazos puedan acceder a la zona; la diferencia es abismal.

http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pubmed&pubmedid=14685095

Anthony R. Lanfranco, BAS, Andres E. Castellanos, MD, Jaydev P. Desai, PhD,*† and William C. Meyers, MD● Department of Mechanical Engineering and Mechanics, Drexel University, Philadelphia and Drexel University

College of Medicine, Philadelphia, Pennsylvania.● Ann Surg. 2004 January; 239(1): 14–21.

• Robotic devices seem to have more of a marketing role than a practical role. Whether or not robotic devices will grow into a more practical role remains to be seen.

• It is our hope that by the end of this article the reader will be able to make a more informed decision about robotic surgery before “chasing the market.”

¿Persiguiendo al mercado?

Robotic Surgery. A Current Perspective

2004

2004

2004

● Although still in its infancy, robotic surgery has already proven itself to be of great value, particularly in areas inaccessible to conventional laparoscopic procedures.

• In any case, robotic technology is set to revolutionize surgery by improving and expanding laparoscopic procedures, advancing surgical technology, and bringing surgery into the digital age. Furthermore, it has the potential to expand surgical treatment modalities beyond the limits of human ability.

2004

Jacobsen G, Elli F,

Horgan S. Minimally Invasive Surgery Center, University of Illinois at Chicago

Medical Center, Room 443 CSB (M/C 958), 840 South Wood Street, Chicago, IL 60612-7233, USA.

● BACKGROUND: Minimally invasive surgical techniques have revolutionized the field of surgery. Telesurgical manipulators (robots) and new information technologies strive to improve upon currently available minimally invasive techniques and create new possibilities. METHODS: A retrospective review of all robotic cases at a single academic medical center from August 2000 until November 2002 was conducted. A comprehensive literature evaluation on robotic surgical technology was also performed. RESULTS: Robotic technology is safely and effectively being applied at our institution. Robotic and information technologies have improved upon minimally invasive surgical techniques and created new opportunities not attainable in open surgery. CONCLUSIONS: Robotic technology offers many benefits over traditional minimal access techniques and has been proven safe and effective. Further research is needed to better define the optimal application of this technology. Credentialing and educational requirements also need to be delineated.

• http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=pubmed&cmd=Retrieve&dopt=AbstractPlus&list_uids=15095084&itool=iconabstr&query_hl=1&itool=pubmed_DocSum

Marohn MR, Hanly EJ.

Department of Surgery, Uniformed Services University, Bethesda, Maryland, USA.

● INTRODUCTION: The "Nintendo" surgery revolution, which began in 1987, has impacted every surgical specialty. However, our operating rooms remain isolated worlds where surgeons use awkward, primitive, rigid instruments with suboptimal visualization. We need "smart instruments," "smart technology," and "smart imaging." Is surgical robotics the answer? METHODS: We provide an analysis of current surgical technology and skills, propose criteria for what the next generation of surgical instruments and technology should achieve, and then examine the evolution and current state of surgical robotic solutions, assessing how they answer future surgical needs. Finally we report on the U.S. Military's early experience with surgical robotics and the lessons learned therein. RESULTS: Current surgical robotic technology has made remarkable progress with miniaturization, articulating hand-imitating instruments, precision, scaling, and three-dimensional vision. The specialty-specific early clinical applications reviewed are promising, but they do have limitations. Surgical robotics offers enormous military application potential. Needed future refinements are identified, including haptics, communications, infrastructure, and information integration. CONCLUSIONS: Laparoscopic surgery is a transition technology, constrained by instrument, equipment, and skill limitations. Surgical robotics or, more properly, computer-assisted surgery may be the key to the future. The operating room of the future will be an integrated environment with global reach. Surgeons will operate with three-dimensional vision, use real-time three-dimensional reconstructions of patient anatomy, use miniaturized minimally invasive robotic technology, and be able to telementor, teleconsult, and even telemanipulate at a distance, thus offering enhanced patient care and safety.

• http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=pubmed&cmd=Retrieve&dopt=AbstractPlus&list_uids=15475097&itool=iconabstr&query_hl=1&itool=pubmed_DocSum

Sim HG, Yip SK,

Cheng CW. Department of Urology, Singapore General Hospital, Outram Road,

168609, Singapore, Singapore. sim.hong.gee@gmail.com

● Contemporary medical robotic systems used in urologic surgery usually consist of a computer and a mechanical device to carry out the designated task with an image acquisition module. These systems are typically from one of the two categories: offline or online robots. Offline robots, also known as fixed path robots, are completely automated with pre-programmed motion planning based on pre-operative imaging studies where precise movements within set confines are carried out. Online robotic systems rely on continuous input from the surgeons and change their movements and actions according to the input in real time. This class of robots is further divided into endoscopic manipulators and master-slave robotic systems. Current robotic surgical systems have resulted in a paradigm shift in the minimally invasive approach to complex laparoscopic urological procedures. Future developments will focus on refining haptic feedback, system miniaturization and improved augmented reality and telesurgical capabilities.

• http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=pubmed&cmd=Retrieve&dopt=AbstractPlus&list_uids=16538515&itool=iconabstr&query_hl=1&itool=pubmed_DocSum

Cepolina F, Challacombe B,

Michelini RC. Laboratory of Design and Measurement for Automation and Robotics,

Genova, Italy. cepolina@dimec.unige.it

● Robotic surgery began as a technology-driven innovation but is now becoming a genuine method of improving healthcare effectiveness worldwide. This comprehensive review introduces the current trends, using examples of specific systems to distinguish the various types of robotic surgical devices, from remote handling machines to those performing delicate local interventions. We end by commenting on how to extend existing systems and provide an account of the rapid developments in minimally invasive robotic surgery.

• http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=pubmed&cmd=Retrieve&dopt=AbstractPlus&list_uids=16253055&itool=iconabstr&query_hl=1&itool=pubmed_DocSum

Davies B.Department of Mechanical Engineering, Imperial College of Science,

Technology and Medicine, London, UK.

● A brief introduction is given to the definitions and history of surgical robotics. The capabilities and merits of surgical robots are then contrasted with the related field of computer assisted surgery. A classification is then given of the various types of robot system currently being investigated internationally, together with a number of examples of different applications in both soft-tissue and orthopaedic surgery. The paper finishes with a discussion of the main difficulties facing robotic surgery and a prediction of future progress.

• http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=pubmed&cmd=Retrieve&dopt=AbstractPlus&list_uids=10718057&itool=iconabstr&query_hl=1&itool=pubmed_DocSum

La cirugía robótica arranca en EspañaEl primer robot Da Vinci, instalado en la Fundación Puigvert de

Barcelona, asiste al cirujano en operaciones de próstata

● El País.com● J. C. AMBROJO - Barcelona - 04/10/2005

• http://www.elpais.com/articulo/salud/cirugia/robotica/arranca/Espana/elpsalpor/20051004elpepisal_4/Tes

• "En unos años, quizá operen solos", bromea Villavicencio.

05/nov/02La disciplina está estancada por sus altos costos, resultado de que las operaciones insumen mucho tiempo. Los cirujanos dicen estar un poco

desanimados, pero hay gran demanda de los pacientes.

● A los pacientes no les fue tan mal; en todo caso, son los cirujanos y las instituciones las que tienen motivos para quejarse.

• http://axxon.com.ar/not/120/c-120InfoCirugiaRobot.htm

• Pero no son los imperfectos comandos que permiten a los cirujanos dirigir el instrumental con el que operan el Da Vinci o el Zeus el principal obstáculo para la masificación de la cirugía robótica, aseguró esta especialista: "El problema es que con estos robots no hemos logrado realizar la operaciones en un tiempo menor al que demandan las cirugías convencionales".

• Desde que los técnicos arman el robot hasta que el paciente abandona el quirófano pueden transcurrir cinco horas, contra dos que requiere la cirugía miniinvasiva.

• ¿Por qué demoran tanto tiempo las cirugías robóticas? "La mano del robot ofrece tan sólo seis grados de libertad (movimientos posibles), contra los 20 a 25 que permite la mano humana", responde el doctor Battellini. Es por eso que tareas como las suturas, que requieren numerosos grados de libertad de movimiento, terminan tardando más del doble que las de una cirugía convencional o miniinvasiva.

• "Desde hace un buen tiempo, los cirujanos estamos pidiendo a los ingenieros que doten los robots de un mayor número de grados de libertad, pero ellos nos responden que esto no es posible, y nos ofrecen otras vías alternativas para hacer más rápido las suturas."

● "Los cirujanos estamos con un poco de desánimo al respecto —confesó el cirujano argentino Roberto Battellini—, ya que nos hemos dado cuenta de que el manejo de estos robots no es tan simple como los ingenieros nos hacían creer".

● Desde diciembre de 2001, el doctor Battellini integra uno de los centros cardiológicos más grandes del mundo: el Herzzentrum de la Universidad de Leipzig, Alemania. Allí, opera junto al doctor Friedrich-Wilhelm Mohr, uno de los pioneros de la cirugía robótica cardíaca.

● "El costo de la hora de quirófano en los países desarrollados es tremendo —comentó Battellini—; lo que la cirugía robótica ahorra en días de internación no es nada en relación a lo que gasta en tiempo de quirófano". En Alemania, por ejemplo, un día de internación cuesta 200 euros, contra 600 euros la hora de quirófano.

● De ahí que operar con robots sea lo suficientemente caro como para quedar relegado a los pocos centros de investigación que pueden darse el lujo de pagar el precio de ser pioneros en la materia.

Robots: A las órdenes del cirujano

● El Ruber Internacional de Madrid es uno de los pocos centros españoles que han incorporado este ingenio para extirpar la próstata afectada por el cáncer. Con el «Da Vinci S», más pequeño y manejable que el robot original, se han realizado una veintena de casos en este centro con resultados muy positivos. Como la laparoscopia convencional, la cirugía robótica es poco traumática, reduce el sangrado y las molestias postoperatorias. A estas ventajas suma su gran precisión. «Con el robot, trabajamos con menor margen de error, nuestros movimientos son más exactos y esto se traslada a los resultados», explica el urólogo Antonio Allona.

• http://www.abc.es/20070512/sabados-sabados/robots-ordenes-cirujano_200705121215.html

• ABC.es, Sábado, 12 de mayo de 2007

• El cirujano maneja el robot, fuera del campo quirúrgico. No se coloca junto al paciente sino frente a la consola de mandos. Ni siquiera precisa esterilizar sus manos, al manejar a distancia con sus dedos los brazos del robot. Uno de estos brazos porta dos cámaras de alta resolución que proporcionan al cirujano un campo de visión tridimensional. Basta con presionar botones y pedales para que el cirujano pueda orientar las cámaras, enviar la corriente eléctrica a los instrumentos para coagular los vasos seccionados o separar y tensar tejidos en zonas de difícil o imposible acceso para la cirugía convencional. La máquina traslada al diminuto instrumental los impulsos de los mandos en suaves y precisos movimientos.

Cirugía sin sangre, sin herida y sin dolorLas nuevas tecnologías de la imagen permiten operar con mayor

precisión y rapidez

● El País.● Un robot llamado Da Vinci● MAYKA SÁNCHEZ - Madrid - 15/05/2007

• http://www.elpais.com/articulo/salud/Cirugia/sangre/herida/dolor/elpepusocsal/20070515elpepisal_2/Tes

• El Clínico San Carlos ha sido el primero en instalarlo dentro del Sistema Nacional de Salud gracias al patrocinio de la Fundación Koplovich. También es "el único de los cuatro que hay en España en ampliar sus aplicaciones más allá de la urología, puesto que se está empleando en tumores de diferente localización, cirugía bariátrica para la obesidad supermórbida y diversas patologías graves". La operación requiere baja dosis de anestesia, cicatriza mejor, implica menos dolor y menor riesgo de infecciones. Más de 70 enfermos han sido tratados desde julio de 2006.

● El 24 de agosto de 1999, un equipo de médicos alemanes finalizó con éxito la primera intervención quirúrgica de la historia realizada completamente mediante el uso de un dispositivo robótico, en el departamento de Cirugía Cardiovascular y Torácica de la Universidad Johann Wolfgang von Goethe de Frankfurt.

Productos

Integrated Surgical Systems (ISS) (Robodoc) http://www.robodoc.com/eng/neuromate.html

Intuitive Surgical are developing mechanisms with force feedback. (Da Vinci)Computer Motion (Zeus) http://trueforce.com/Medical_Robotics/Medical_Robotics_Companies/computermotion_profile.htm Hitachi (Naviot)

FIGURE 1. Da Vinci system set up. (Courtesy of Intuitive Surgical Inc., Mountain View, CA)

FIGURE 2. Zeus system set up. (Courtesy of Computer Motion Inc., Santa Barbara, CA)

Figure 3. A newly developed laparoscope manipulator, Naviot, is recognized as the first surgical robot developed in Japan.

● Da Vinci

Da Vinci

● Número de brazos: 4 (3 para operar y uno endoscópico para visualizar)Diámetro de las varillas del brazo robótico: 8 milímetrosTamaño de la incisión: De 1 a 2 centímetrosPrecio del sistema: 1,5 millones de eurosSustitución periódica del instrumental: Cada 10/12 intervencionesNúmero de instalaciones: 354Distribuidor en España: Palex Medical

AESOP®, HERMES™ and ZEUS™

Naviot

● Presentación háptica (rendering):– Modelos los más parecidos a la realidad

(Hayward).– Modelos obtenidos de datos medidos,

generando su dinámica mediante ecuaciones de estado (Okamura).