Robótica Diágnóstica

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Robótica Robótica Diagnóstica Diagnóstica Instrumentación Biomédica Instrumentación Biomédica 2007/2008 2007/2008

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Robótica DiagnósticaRobótica Diagnóstica

Instrumentación Biomédica Instrumentación Biomédica 2007/20082007/2008

Page 2: Robótica Diágnóstica

Un poco de historiaUn poco de historia►Orígenes de la robótica.Orígenes de la robótica.

Los robots universales de Rossum => Los robots universales de Rossum => “Robota” (1920).“Robota” (1920).

Primeros “robots” de la historia.Primeros “robots” de la historia.►Egipcios y Griegos mediante sistemas hidráulicos.Egipcios y Griegos mediante sistemas hidráulicos.►Muñecos mecánicos en siglos XVII y XVIII.Muñecos mecánicos en siglos XVII y XVIII.►Máquina textil programable mediante tarjetas Máquina textil programable mediante tarjetas

perforadas (Revolución Industrial, 1801).perforadas (Revolución Industrial, 1801).►Literatura temática => Isaac Asimov, Julio Verne, Literatura temática => Isaac Asimov, Julio Verne,

……

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Un poco de historiaUn poco de historia►Primeros artilugios robóticos.Primeros artilugios robóticos.

Las primeras patentes aparecen en 1946.Las primeras patentes aparecen en 1946.►Robot para traslado de maquinaria, Devol.Robot para traslado de maquinaria, Devol.►Primeras computadoras.Primeras computadoras.►Primer robot programable, Devol (1954).Primer robot programable, Devol (1954).►Primer robot comercial (1959, con interruptortes Primer robot comercial (1959, con interruptortes

de fin de carrera).de fin de carrera).►Primeros laboratorios de investigación (1964, MIT, Primeros laboratorios de investigación (1964, MIT,

SRI, …).SRI, …).►Inicio del desarrollo japonés.Inicio del desarrollo japonés.►Primeras aplicaciones en automoción (Ford Primeras aplicaciones en automoción (Ford

Motors).Motors).

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Un poco de historiaUn poco de historia►Primeros artilugios robóticos.Primeros artilugios robóticos.

Primer brazo robot =>Stanford Arm (1971).Primer brazo robot =>Stanford Arm (1971). Primer lenguaje de programación => WAVE Primer lenguaje de programación => WAVE

(1973).(1973). Aparece PUMA (Programmable Universal Aparece PUMA (Programmable Universal

Machine for Assambly) promocionado por Machine for Assambly) promocionado por General Motors.General Motors.

►Hoy en día => Robots Móviles Hoy en día => Robots Móviles Autónomos.Autónomos.

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Un poco de HistoriaUn poco de Historia►Fases en el desarrollo de la Robótica Fases en el desarrollo de la Robótica

(según Michael Cancel).(según Michael Cancel).

Gestión de tareas repetitivas con Gestión de tareas repetitivas con autonomía limitada (80’s).autonomía limitada (80’s).

Visión artificial (80’s y 90’s).Visión artificial (80’s y 90’s). Movilidad avanzada.Movilidad avanzada. Inteligencia Artificial. Inteligencia Artificial.

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Avances en medicinaAvances en medicina► Primer prototipo de cirugía asistida por Primer prototipo de cirugía asistida por

ordenador (Green, 1991).ordenador (Green, 1991).► Brazos y manos robóticas que replicaban Brazos y manos robóticas que replicaban

movimientos humanos sin cables (Jacobsen, movimientos humanos sin cables (Jacobsen, 1991)1991)

► ROBODOC => prótesis de fémur usando ROBODOC => prótesis de fémur usando tomografías (Taylor y Mussits, 1991).tomografías (Taylor y Mussits, 1991).

► Investigaciones de atención remota en Investigaciones de atención remota en campos de batalla (Green y Satava 1993).campos de batalla (Green y Satava 1993).

► AESOP 1000 =>Primer ayudante de cirujano AESOP 1000 =>Primer ayudante de cirujano dirigiendo un laparoscopio (1993).dirigiendo un laparoscopio (1993).

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Avances en medicinaAvances en medicina► ESOPO => robots esclavos que obedecen ESOPO => robots esclavos que obedecen

comandos de voz del cirujano (Quirófano comandos de voz del cirujano (Quirófano Inteligente, 1993).Inteligente, 1993).

► Micro robots inalámbricos para exploración de Micro robots inalámbricos para exploración de colon (Brooks y Flinn, 1994).colon (Brooks y Flinn, 1994).

► ZEUS (ESOPO y HERMES) => Sistema ZEUS (ESOPO y HERMES) => Sistema robótico telemanipulador (1998).robótico telemanipulador (1998).

► Primera intervención transatlántica con ZEUS Primera intervención transatlántica con ZEUS (Nueva York – Estrasburgo, Marescaux, 2001).(Nueva York – Estrasburgo, Marescaux, 2001).

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Aplicaciones al DiagnósticoAplicaciones al Diagnóstico►Se distinguen tres aplicaciones al Se distinguen tres aplicaciones al

diagnóstico.diagnóstico. Cirugía Diagnóstica: se encarga de establecer Cirugía Diagnóstica: se encarga de establecer

un diagnóstico definitivo sobre la enfermedad y un diagnóstico definitivo sobre la enfermedad y su extensión (Punciones, biopsias, citologías,su extensión (Punciones, biopsias, citologías,…).…).

Exploración Robótica Autónoma Intrusiva: se Exploración Robótica Autónoma Intrusiva: se basa en la introducción de pequeños robots basa en la introducción de pequeños robots autónomos en la zona bajo estudio con el fin de autónomos en la zona bajo estudio con el fin de obtener imágenes reales de la zona afectada.obtener imágenes reales de la zona afectada.

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Aplicaciones al DiagnósticoAplicaciones al Diagnóstico Diagnóstico Artificial: en este caso se Diagnóstico Artificial: en este caso se

trata de aplicar técnicas de Inteligencia trata de aplicar técnicas de Inteligencia Artificial y Minería de Datos, con los que Artificial y Minería de Datos, con los que encontrar patrones que permitan encontrar patrones que permitan diagnosticar enfermedades, incluso diagnosticar enfermedades, incluso predecirlas. predecirlas.

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Cirugía DiagnósticaCirugía Diagnóstica►Técnica invasiva cuyo objetivo es Técnica invasiva cuyo objetivo es

proporcionar un diagnóstico inequívoco proporcionar un diagnóstico inequívoco mediante la exploración directa de los mediante la exploración directa de los tejidos.tejidos.

►Cirujano robot: manipulador controlado Cirujano robot: manipulador controlado por ordenador capaz de percibir las por ordenador capaz de percibir las partes del cuerpo y mover los partes del cuerpo y mover los instrumentos quirúrgicos para realizar instrumentos quirúrgicos para realizar la cirugía.la cirugía.

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Cirugía DiagnósticaCirugía Diagnóstica►Objetivos:Objetivos:

Mejorar los resultados de la cirugía Mejorar los resultados de la cirugía tradicional.tradicional.

Reducir la agresividad en los procedimientos.Reducir la agresividad en los procedimientos.

►Gran desarrollo en Cirugía Mínimamente Gran desarrollo en Cirugía Mínimamente Invasiva (Laparoscopia).Invasiva (Laparoscopia).

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Cirugía DiagnósticaCirugía Diagnóstica►Tipos de Robots:Tipos de Robots:

Pasivos: su única tarea consiste en Pasivos: su única tarea consiste en posicionar algunos instrumentos de posicionar algunos instrumentos de manera que faciliten la tarea del cirujano.manera que faciliten la tarea del cirujano.

Activos: la tarea del robot consiste en Activos: la tarea del robot consiste en manejar los instrumentos y realizar la manejar los instrumentos y realizar la cirugía (Robots Maestro - Esclavo).cirugía (Robots Maestro - Esclavo).

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Cirugía DiagnósticaCirugía Diagnóstica►Robots Maestro – Esclavo: Los Robots Maestro – Esclavo: Los

movimientos del cirujano se transmiten movimientos del cirujano se transmiten a los brazos robóticos que son los que a los brazos robóticos que son los que realizan la cirugía.realizan la cirugía.

►Constan de tres brazos:Constan de tres brazos: Uno para el laparoscopio.Uno para el laparoscopio. Los otros dos para el instrumental (tijeras, Los otros dos para el instrumental (tijeras,

pinzas, electrocauterios, ...).pinzas, electrocauterios, ...).

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Cirugía DiagnósticaCirugía Diagnóstica► Robots Maestro – Esclavo: permiten hasta 7 Robots Maestro – Esclavo: permiten hasta 7

grados de libertad de movimientos.grados de libertad de movimientos.

Robodoc: implante de prótesis de fémur.Robodoc: implante de prótesis de fémur.

Zeus: cirugía de corazón, próstata, vesícula, ...Zeus: cirugía de corazón, próstata, vesícula, ...

Da Vinci: cirugía de corazón, próstata, ...Da Vinci: cirugía de corazón, próstata, ...

......

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Cirugía DiagnósticaCirugía Diagnóstica►Procedimiento laparoscópico:Procedimiento laparoscópico:

Introducción de los puertos => inflado de Introducción de los puertos => inflado de la cavidad en la que operar.la cavidad en la que operar.

Uso de laparoscopio e instrumental.Uso de laparoscopio e instrumental.

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Cirugía DiagnósticaCirugía Diagnóstica►Ventajas de la cirugía laparoscópica:Ventajas de la cirugía laparoscópica:

Reduce el daño a los tejidos.Reduce el daño a los tejidos.

Provoca menos sangrado y dolor Provoca menos sangrado y dolor postoperatorio.postoperatorio.

Facilita una recuperación más rápida.Facilita una recuperación más rápida.

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Cirugía DiagnósticaCirugía Diagnóstica►Ventajas de los robots sobre la Ventajas de los robots sobre la

laparoscopia tradicional.laparoscopia tradicional. El cirujano se encuentra cómodamente El cirujano se encuentra cómodamente

sentado frente a la consola.sentado frente a la consola. Mayor precisión quirúrgica, disminución Mayor precisión quirúrgica, disminución

de errores y curva de aprendizaje.de errores y curva de aprendizaje. El cirujano controla el laparoscopio, El cirujano controla el laparoscopio,

evitando vibraciones y con visión 3-D.evitando vibraciones y con visión 3-D. El temblor de las manos del cirujano no se El temblor de las manos del cirujano no se

transmite a los instrumentos.transmite a los instrumentos.

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Cirugía DiagnósticaCirugía Diagnóstica►Ventajas de los robots (continuación):Ventajas de los robots (continuación):

El movimiento de los instrumentos se El movimiento de los instrumentos se puede escalar con respecto a los puede escalar con respecto a los movimientos del cirujano.movimientos del cirujano.

Los movimientos siguen los de la mano Los movimientos siguen los de la mano del cirujano, no son opuestos.del cirujano, no son opuestos.

Permite el entrenamiento mediante Permite el entrenamiento mediante telestración (señales indicativas en la telestración (señales indicativas en la pantalla del cirujano).pantalla del cirujano).

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Cirugía DiagnósticaCirugía Diagnóstica► Inconvenientes:Inconvenientes:

Pérdida de tacto por parte del cirujano.Pérdida de tacto por parte del cirujano.

Elevado coste no solo de adquisición sino Elevado coste no solo de adquisición sino también de mantenimiento e instrumental.también de mantenimiento e instrumental.

Mayor necesidad de entrenamiento.Mayor necesidad de entrenamiento.

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Cirugía DiagnósticaCirugía Diagnóstica►Equipos:Equipos:

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Cirugía DiagnósticaCirugía Diagnóstica►Da Vinci:Da Vinci:

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Cirugía DiagnósticaCirugía Diagnóstica►Da Vinci:Da Vinci:

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Cirugía DiagnósticaCirugía Diagnóstica►Da Vinci:Da Vinci:

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Cirugía DiagnósticaCirugía Diagnóstica►Da Vinci:Da Vinci:

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Cirugía DiagnósticaCirugía Diagnóstica►Da Vinci:Da Vinci:

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Cirugía DiagnósticaCirugía Diagnóstica►Robodoc:Robodoc:

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Exploración Robótica Autónoma Exploración Robótica Autónoma IntrusivaIntrusiva

►Técnica basada en la introducción en Técnica basada en la introducción en el cuerpo humano de pequeños robots el cuerpo humano de pequeños robots autónomos que capten imágenes autónomos que capten imágenes directas de los posibles tejidos directas de los posibles tejidos dañados para que el especialista dañados para que el especialista pueda diagnosticar la enfermedad o pueda diagnosticar la enfermedad o cuantificar su extensióncuantificar su extensión

Page 28: Robótica Diágnóstica

Exploración Robótica Autónoma Exploración Robótica Autónoma IntrusivaIntrusiva

►Cápsula endoscópica: Mediante la Cápsula endoscópica: Mediante la ingestión oral permite obtener ingestión oral permite obtener imágenes del tracto digestivo durante imágenes del tracto digestivo durante su recorrido fisiológico. Partes:su recorrido fisiológico. Partes:

Cápsula endoscópica.Cápsula endoscópica. Videograbador.Videograbador. Ordenador Externo.Ordenador Externo.

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Exploración Robótica Autónoma Exploración Robótica Autónoma IntrusivaIntrusiva

► Cápsula Cápsula Endoscópica:Endoscópica:

1 Cupúla óptica.2 Soporte de la lente.3 Lente.4 LEDs.5 Imagen CMOS6 Batería.7 Transmisor ASIC.8 Antena

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Exploración Robótica Autónoma Exploración Robótica Autónoma IntrusivaIntrusiva

► Tipos:Tipos:

PillCam SB:PillCam SB:► Recoge 2 imágenes por segundo.Recoge 2 imágenes por segundo.► Mide 3 cm de largo y 1,1 de diámetro.Mide 3 cm de largo y 1,1 de diámetro.► Pesa 3,7 gramos.Pesa 3,7 gramos.► Consta de cámara a color, fuente de luz blanca, lentes de Consta de cámara a color, fuente de luz blanca, lentes de

distancia focal corta, baterías, antena y transmisor RF.distancia focal corta, baterías, antena y transmisor RF. PillCam ESO:PillCam ESO:

► Específica para esófago, con 2 microcámaras.Específica para esófago, con 2 microcámaras.► Recoge 14 imágenes por segundo.Recoge 14 imágenes por segundo.

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Exploración Robótica Autónoma Exploración Robótica Autónoma IntrusivaIntrusiva

►Cápsula Endoscópica:Cápsula Endoscópica:

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Exploración Robótica Autónoma Exploración Robótica Autónoma IntrusivaIntrusiva

►Cápsula Endoscópica:Cápsula Endoscópica:

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Exploración Robótica Autónoma Exploración Robótica Autónoma IntrusivaIntrusiva

►Cápsula Endoscópica:Cápsula Endoscópica:

 Úlcera ileal tuberculosa

 

 Área ulcerada y estenosis en

Crohn ileal 

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Exploración Robótica Autónoma Exploración Robótica Autónoma IntrusivaIntrusiva

►Swimming Robot: Consiste en un robot Swimming Robot: Consiste en un robot diminuto capaz de navegar por el diminuto capaz de navegar por el líquido lumbar.líquido lumbar.

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Exploración Robótica Autónoma Exploración Robótica Autónoma IntrusivaIntrusiva

►Es manejado por control remoto desde Es manejado por control remoto desde el exterior.el exterior.

►Mide 2 mm de diámetro y 15 de largo.Mide 2 mm de diámetro y 15 de largo.

►Se propulsa mediante 2 colas.Se propulsa mediante 2 colas.

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Exploración Robótica Autónoma Exploración Robótica Autónoma IntrusivaIntrusiva

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Exploración Robótica Autónoma Exploración Robótica Autónoma IntrusivaIntrusiva

►Proporcionará imágenes.Proporcionará imágenes.

►Realizará biopsias.Realizará biopsias.

►Aplicará tratamientos localizados.Aplicará tratamientos localizados.

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Exploración Robótica Autónoma Exploración Robótica Autónoma IntrusivaIntrusiva

►Proyecto vector: su objetivo es Proyecto vector: su objetivo es conseguir cápsulas endoscópicas conseguir cápsulas endoscópicas inteligentes usando micro y inteligentes usando micro y nanotecnología.nanotecnología.

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Diagnóstico ArtificialDiagnóstico Artificial►Consiste en la utilización de la Consiste en la utilización de la

Inteligencia Artificial y la Minería de Inteligencia Artificial y la Minería de Datos para descubrir patrones, de forma Datos para descubrir patrones, de forma que se puedan diagnosticar que se puedan diagnosticar enfermedades o incluso prevenirlas.enfermedades o incluso prevenirlas.

►Se describirá el proceso para el cáncer. Se describirá el proceso para el cáncer. Sirva de ejemplo para otras Sirva de ejemplo para otras enfermedades.enfermedades.

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Diagnóstico ArtificialDiagnóstico Artificial

►Supervisadas: clasifican registros de Supervisadas: clasifican registros de datos mediante árboles de decisión, datos mediante árboles de decisión, inducción neuronal, … Requieren inducción neuronal, … Requieren entrenamiento del modelo para asegurar entrenamiento del modelo para asegurar su efectividad.su efectividad.

►No supervisadas: detectan desviaciones, No supervisadas: detectan desviaciones, patrones secuenciales, … De esta forma patrones secuenciales, … De esta forma clasifican los datos.clasifican los datos.

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Diagnóstico ArtificialDiagnóstico Artificial►Obtención de muestras:Obtención de muestras:

Técnicas invasivas: requieren cirugía.Técnicas invasivas: requieren cirugía.

Técnicas no invasivas: extracción de sangre Técnicas no invasivas: extracción de sangre u orina y estudio citológico de las células.u orina y estudio citológico de las células.

Estadísticas: según sexo, edad, etnia, estado Estadísticas: según sexo, edad, etnia, estado hormonal se extraen factores de riesgo.hormonal se extraen factores de riesgo.

Page 42: Robótica Diágnóstica

Diagnóstico ArtificialDiagnóstico Artificial►Se buscan biomarcadores: son las Se buscan biomarcadores: son las

propiedades que describen las propiedades que describen las características de una muestra. Pueden características de una muestra. Pueden ser:ser:

Desde el tamaño de las células.Desde el tamaño de las células. Pasando por la concentración de cierta Pasando por la concentración de cierta

proteína.proteína. Hasta la concentración de cierto gen.Hasta la concentración de cierto gen.

Page 43: Robótica Diágnóstica

Diagnóstico ArtificialDiagnóstico Artificial►Estos biomarcadores son utilizados Estos biomarcadores son utilizados

para encontrar similitudes entre para encontrar similitudes entre muestras, reglas de asociación. muestras, reglas de asociación. Comparando estos descriptores entre Comparando estos descriptores entre muestras sanas y enfermas se muestras sanas y enfermas se determina qué biomarcadores determina qué biomarcadores evidencian la presencia o ausencia de evidencian la presencia o ausencia de un tumor cancerígeno.un tumor cancerígeno.

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Diagnóstico ArtificialDiagnóstico Artificial

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Diagnóstico ArtificialDiagnóstico Artificial►Aunque estás técnicas funcionan para Aunque estás técnicas funcionan para

identificar cuando existe el cáncer, es identificar cuando existe el cáncer, es necesario avanzar para conseguir una necesario avanzar para conseguir una detección temprana con técnicas de detección temprana con técnicas de bajo coste y rápidas.bajo coste y rápidas.

►Es necesario encontrar más y mejores Es necesario encontrar más y mejores biomarcadores.biomarcadores.

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