Sistema Robótico Guía para la Inserción de Tornillos en ... · Sistema Robótico Guía para la...

NOTA TÉCNICA REVISTA MEXICANA DE

INGENIERÍA BIOMÉDICAibVol. 36, No. 2, May-Ago 2015, pp. 143-154

Sistema Robótico Guía para la Inserción de Tornillosen Cirugía de Fijación de Columna

P.E. Muñoz Rodríguez y A. Vivas AlbánFacultad de Ingeniería Electrónica y Biomédica Universidad Antonio Nariño Popayán - Colombia. Facultad deIngeniería Electrónica y Telecomunicaciones Universidad del Cauca Popayán - Colombia.

RESUMENEl presente artículo muestra el diseño y operación de un primer prototipo de robot para la guía en la inserciónde tornillos en cirugía de fijación de columna. Este tipo de cirugía, realizada normalmente de forma manual, puedeproducir muchas lesiones debido a errores humanos al momento de introducir los tornillos en las vértebras del paciente.Para evitar dichos errores se puede utilizar la tomografía computarizada, pero los resultados son mucho mejores siun robot asistente proporciona al cirujano el camino para la inserción del tornillo, según la imagen del tomógrafo.Este artículo muestra como utilizando un robot comercial de bajo costo se puede implementar un sistema que proveeuna solución funcional a este problema. Se implementó un software que permite definir la posición inicial y final deltornillo a ser introducido, sobre la imagen Dicom del paciente. Con esta información el sistema mueve el robot elcual posee un anillo que guiará al cirujano en la inserción final. Los resultados muestran un sistema bastante precisoofreciendo al cirujano un camino seguro de inserción.Palabras clave: robótica quirúrgica, cirugía de fijación de columna, inserción de guías, imágenes enformato DICOM

Correspondencia:Paul E. Muñoz RodríguezCorreo electrónico: [email protected]

Fecha de recepción:6 de febrero de 2015

Fecha de aceptación:20 de abril de 2015

144 Revista Mexicana de Ingeniería Biomédica · volumen 36 · número 2 · May-Ago, 2015

ABSTRACTThis article presents the design and operation of the first prototype of a robot, designed to guide the insertion ofscrews in spinal fixation surgery. This type of surgery, usually done manually, could cause many injuries due tohuman error at the moment of inserting the screws into the patient?s vertebrae. Computed tomography can be usedto avoid such errors, but the results are much better if a robot assists and indicates the surgeon the path for theinsertion of the screw, according to the image scanner. This article shows how using a commercial low-cost robot canbe implemented in a system that provides a practical solution to this problem. A software that allows you to definethe start and the end positions of the screw to be introduced on the Dicom image of the patient, was implemented.With this information the system moves the robot which has a ring that will guide the surgeon in the final insertion.The results show a fairly accurate system, giving the surgeon a safe path of insertion.Keywords: surgical robotics, spinal fixation surgery, insertion guides, images in DICOM format.

INTRODUCCIÓN

La robótica médica es una tecnología endesarrollo que está revolucionado la prácticaquirúrgica desde hace algunos años, conrobots asistentes que proveen al cirujano deuna precisa herramienta de apoyo en sustareas cotidianas. Las ventajas para elpaciente son múltiples como cicatrices máspequeñas, menor pérdida de sangre, tiemposde recuperación más cortos, entre otras. Perolo más importante es la disminución en loserrores que pueden ser atribuibles al personalmédico [1, 2].

Dentro de las intervenciones quirúrgicasdelicadas se encuentra la cirugía de fijaciónde columna, la cual consiste en inmovilizardos o varios segmentos vertebrales empleandotornillos que son conectados por barrasmetálicas, procedimiento que se empleaen hernias discales, fracturas o escoliosis,entre otros [3]. Este tipo de cirugíarequiere de gran precisión ya que se puedenpresentar complicaciones graves como sonla invasión del canal vertebral, la cualocurre al introducir un tornillo excesivamentemedial, inferior o lateral a la línea medial,ocasionando pie caído, incontinencia urinaria,dolor y disfunción sexual [4]. Otra de las

lesiones comunes ocurre cuando el tornillosobrepasa el cuerpo vertebral, lesionandovasos sanguíneos como aorta, vena cavainferior, o vasos iliacos, originando graveshemorragias en el paciente.

La mala colocación de los tornillos segúnestudios se encuentra en alrededor del 6%[- 30% [5]. Estos errores se puedendisminuir empleando cirugías planeadas porcomputador, pudiendo disminuirse aún másempleando robots que cooperen en la cirugía,posicionado y ubicando el instrumental enuna localización precisa.

Actualmente existen en el mercado dosdispositivos robóticos que asisten al cirujanoen este tipo de cirugías, el SpineAssist,y el AQrate. Los dos robots cuentancon la aprobación de la Agencia deMedicamentos y Alimentos de los EstadosUnidos, referente mundial para el usode este tipo de dispositivos en sereshumanos. El primero consiste en un robotpequeño que se monta sobre la columnadel paciente, permitiendo al cirujano realizarplanificaciones pre-operativas basadas entomografías tridimensionales [6]. El segundodispositivo consta de un sistema robóticomóvil, integrado a un sistema de seguimientoóptico el cual guía al cirujano a través de

Muñoz Rodríguez y Vivas Albán. Sistema robótico guía para la inserción de tornillos en cirugía de fijación de columna 145

las diversas etapas de la cirugía [7]. Sinembargo el costo de dichos robots supera los100.000 dólares, lo cual hace que no seanmuy fáciles de adquirir para los hospitaleslatinoamericanos.

Por tal motivo el objetivo de esteproyecto es construir un primer prototipode un sistema que pueda servir de guíapara la inserción de los tornillos por partedel cirujano, en las vértebras del paciente.El sistema desarrollado utiliza un robotcomercial de bajo costo, el cual permiteposicionar y orientar una guía por dondese introducirá el tornillo que permitirála fijación de la columna. El sistemaemplea las imágenes en formato Dicom delpaciente, obtenidas de un tomógrafo axialcomputarizado, y con base a ellas posicionay orienta el robot.

MATERIALES Y MÉTODOS

Brazo robótico OWI

Se escogió para este proyecto el brazorobótico de entrenamiento modelo OWI007[8]. Este brazo sobresale por su bajocosto (alrededor de 100 dólares), cuenta con4 articulaciones y un gripper tipo pinza. Sinembargo no cuenta con sensores de posición,y sus 4 articulaciones no le proporcionantodos los movimientos necesarios para elposicionamiento de la guía. Por talmotivo la primera modificación realizadaconsistió en cambiar la pinza por unaarticulación adicional, donde se ubicó elanillo guía para el tornillo a insertar.La segunda modificación radicó en colocarpotenciómetros lineales como sensores deposición en cada articulación, dado que losmotores originales no vienen con este tipode sensores. La Figura 1 muestra el robotcomercial utilizado y el CAD del mismo conla modificación en su órgano terminal.

El brazo robótico modificado contaráahora con 5 grados de libertad, mostrándoseen la Figura 2 su arquitectura, la cualconsta de cinco articulaciones rotacionales.

Por tal motivo el objetivo de este proyecto esconstruir un primer prototipo de un sistema quepueda servir de guía para la inserción de lostornillos por parte del cirujano, en las vértebrasdel paciente. El sistema desarrollado utiliza unrobot comercial de bajo costo, el cual permiteposicionar y orientar una guía por donde seintroducirá el tornillo que permitirá la fijación dela columna. El sistema emplea las imágenes enformato Dicom del paciente, obtenidas de untomógrafo axial computarizado, y con base a ellasposiciona y orienta el robot.


Brazo robótico OWI

Se escogió para este proyecto el brazo robótico deentrenamiento modelo OWI 0078 Este brazosobresale por su bajo costo (alrededor de 100dólares), cuenta con 4 articulaciones y un grippertipo pinza. Sin embargo no cuenta con sensores deposición, y sus 4 articulaciones no le proporcionantodos los movimientos necesarios para elposicionamiento de la guía. Por tal motivo laprimera modificación realizada consistió encambiar la pinza por una articulación adicional,donde se ubicó el anillo guía para el tornillo ainsertar. La segunda modificación radicó encolocar potenciómetros lineales como sensores deposición en cada articulación, dado que losmotores originales no vienen con este tipo desensores. La Figura 1 muestra el robot comercialutilizado y el CAD del mismo con la modificaciónen su órgano terminal.

Figura 2. Robot OWI utilizado y CAD con la

modificación.

El brazo robótico modificado contará ahora con 5grados de libertad, mostrándose en la Figura 2 suarquitectura, la cual consta de cincoarticulaciones rotacionales. El Cuadro 1 presentalos valores de los parámetros geométricos,siguiendo la notación de Khalil-Kleinfinger9.Estos valores definen la estructura matemática delmismo, donde j designa el número de laarticulación, σj se refiere al tipo de articulación (0para las articulaciones rotacionales, 1 para lasprismáticas), αj se refiere al ángulo entre los ejeszj, dj representa la distancia entre los ejes zj, θjsimboliza la variable articular rotacional o unángulo entre los ejes xj, y por último rj simbolizala variable articular prismática o una distanciaentre los ejes xj.

Figura 1. Arquitectura del robot modificado.Figura 1. Arquitectura del robot modificado.100.000 dólares, lo cual hace que no sean muy

fáciles de adquirir para los hospitales latinoamericanos. Por tal motivo el objetivo de este proyecto es construir un primer prototipo de un sistema que pueda servir de guía para la inserción de los tornillos por parte del cirujano, en las vértebras del paciente. El sistema desarrollado utiliza un robot comercial de bajo costo, el cual permite posicionar y orientar una guía por donde se introducirá el tornillo que permitirá la fijación de la columna. El sistema emplea las imágenes en formato Dicom del paciente, obtenidas de un tomógrafo axial computarizado, y con base a ellas posiciona y orienta el robot.


Brazo robótico OWI

Se escogió para este proyecto el brazo robótico de entrenamiento modelo OWI 007[8]. Este brazo sobresale por su bajo costo (alrededor de 100 dólares), cuenta con 4 articulaciones y un {\it gripper} tipo pinza. Sin embargo no cuenta con sensores de posición, y sus 4 articulaciones no le proporcionan todos los movimientos necesarios para el posicionamiento de la guía. Por tal motivo la primera modificación realizada consistió en cambiar la pinza por una articulación adicional, donde se ubicó el anillo guía para el tornillo a insertar. La segunda modificación radicó en colocar potenciómetros lineales como sensores de posición en cada articulación, dado que los motores originales no vienen con este tipo de sensores. La Figura 1 muestra el robot comercial utilizado y el CAD del mismo con la modificación en su órgano terminal.

Figura 2. Robot OWI utilizado y CAD con la

modificación.

El brazo robótico modificado contará ahora con 5 grados de libertad, mostrándose en la Figura 2 su arquitectura, la cual consta de cinco articulaciones rotacionales. El Cuadro 1 presenta los valores de los parámetros geométricos, siguiendo la notación de Khalil-Kleinfinger [9]. Estos valores definen la estructura matemática del mismo, donde j designa el número de la articulación, $\sigma$j se refiere al tipo de articulación (0 para las articulaciones rotacionales, 1 para las prismáticas), $\alpha$j se refiere al ángulo entre los ejes zj, dj representa la distancia entre los ejes zj, $\theta$j simboliza la variable articular rotacional o un ángulo entre los ejes xj, y por último rj simboliza la variable articular prismática o una distancia entre los ejes xj.

Figura 2. Robot OWI utilizado y CAD con lamodificación.

El Cuadro 1 presenta los valores delos parámetros geométricos, siguiendo lanotación de Khalil-Kleinfinger [9]. Estosvalores definen la estructura matemáticadel mismo, donde j designa el númerode la articulación, σj se refiere al tipode articulación (0 para las articulacionesrotacionales, 1 para las prismáticas), αj serefiere al ángulo entre los ejes zj, dj representala distancia entre los ejes zj, θj simbolizala variable articular rotacional o un ánguloentre los ejes xj, y por último rj simboliza lavariable articular prismática o una distanciaentre los ejes xj.

La mejor opción hubiera sido disponer deun robot de 6 grados de libertad, el cualpermitiría posicionar y orientar el órganoterminal en todas las direcciones, pero porsimplicidad y aprovechando las facilidadesque proporciona el OWI 007, en esta primerafase se utilizó dicho robot con solo unamodificación articular.


Cuadro 1. Tabla de parámetros geométricos delrobot utilizado.

j σj αj dj θj rj

1 0 0 0 θ1 02 0 90 0 θ2 03 0 0 D3 θ3 04 0 -90 0 θ4 R45 0 90 0 θ5 0

Cuadro 1. Tabla de parámetros geométricos del

robot utilizado.

La mejor opción hubiera sido disponer de un robot de6 grados de libertad, el cual permitiría posicionar yorientar el órgano terminal en todas las direcciones,pero por simplicidad y aprovechando las facilidadesque proporciona el OWI 007, en esta primera fase seutilizó dicho robot con solo una modificaciónarticular.

Para la implementación del controlador, se obtuvo elmodelo dinámico del robot, el cual incluye las masase inercias de las articulaciones, mediante el softwareSymoro10. Se implementó un controlador PIDcartesiano11, 12 simulado en el ambiente Matlab/Simulink, lo cual permite aproximar elcomportamiento de las articulaciones del robot frentea una consigna en el espacio cartesiano. Lasimulación también permite establecer el área detrabajo del robot, el error cartesiano, y los valores desintonización del controlador, los cuales seránpasados posteriormente al hardware del sistema. LaFigura 3 muestra el controlador cartesianoimplementado en el ambiente Matlab / Simulink.

Figura 3. Control PID cartesiano para el robot OWImodificado.

El controlador PID cartesiano toma como señal deentrada una coordenada definida en el espaciocartesiano (x, y, z), la cual es transformada en unaconsigna articular por medio del modelo geométricoinverso (MGI). Es decir la señal de tres dimensionesde la consigna cartesiana se convertirá en unaconsigna articular (q1, q2, q3, q4, q5), valores paracada una de las articulaciones del robot OWImodificado. Igualmente esta estrategia de controldebe involucrar el modelo geométrico directo(MGD), ya que las señales que entrega el robot sonarticulares y deben transformarse en señalescartesianas para ser comparadas con las consignasiniciales.

La Figura 4 muestra el error cartesiano obtenido conuna consigna triangular, donde el aspecto importantepara observar el comportamiento del controlador esel cambio de dirección en uno de los vértices deltriángulo. Se observa el seguimiento bastante precisoque hace el PID al momento de cambiar la dirección,obteniéndose un error de máximo 2.3x10-5 metros(decenas de micras), mostrado en la Figura 5.

Figura 4. Señal obtenida al momento de cambiar dedirección la consigna.

j σj αj dj θj rj

1 0 0 0 θ1 0

2 0 90 0 θ2 0

3 0 0 D3 θ3 0

4 0 -90 0 θ4 R4

5 0 90 0 θ5 0


Para la implementación del controlador,se obtuvo el modelo dinámico del robot,el cual incluye las masas e inercias de lasarticulaciones, mediante el software Symoro[10]. Se implementó un controlador PIDcartesiano [11, 12] simulado en el ambienteMatlab /Simulink, lo cual permite aproximarel comportamiento de las articulaciones delrobot frente a una consigna en el espaciocartesiano. La simulación también permiteestablecer el área de trabajo del robot, elerror cartesiano, y los valores de sintonizacióndel controlador, los cuales serán pasadosposteriormente al hardware del sistema. LaFigura 3 muestra el controlador cartesianoimplementado en el ambiente Matlab /Simulink.

El controlador PID cartesiano toma comoseñal de entrada una coordenada definidaen el espacio cartesiano (x, y, z), la cual

Cuadro 1. Tabla de parámetros geométricos del

robot utilizado.

La mejor opción hubiera sido disponer de un robot de6 grados de libertad, el cual permitiría posicionar yorientar el órgano terminal en todas las direcciones,pero por simplicidad y aprovechando las facilidadesque proporciona el OWI 007, en esta primera fase seutilizó dicho robot con solo una modificaciónarticular.

Para la implementación del controlador, se obtuvo elmodelo dinámico del robot, el cual incluye las masase inercias de las articulaciones, mediante el softwareSymoro10. Se implementó un controlador PIDcartesiano11, 12 simulado en el ambiente Matlab/Simulink, lo cual permite aproximar elcomportamiento de las articulaciones del robot frentea una consigna en el espacio cartesiano. Lasimulación también permite establecer el área detrabajo del robot, el error cartesiano, y los valores desintonización del controlador, los cuales seránpasados posteriormente al hardware del sistema. LaFigura 3 muestra el controlador cartesianoimplementado en el ambiente Matlab / Simulink.


El controlador PID cartesiano toma como señal deentrada una coordenada definida en el espaciocartesiano (x, y, z), la cual es transformada en unaconsigna articular por medio del modelo geométricoinverso (MGI). Es decir la señal de tres dimensionesde la consigna cartesiana se convertirá en unaconsigna articular (q1, q2, q3, q4, q5), valores paracada una de las articulaciones del robot OWImodificado. Igualmente esta estrategia de controldebe involucrar el modelo geométrico directo(MGD), ya que las señales que entrega el robot sonarticulares y deben transformarse en señalescartesianas para ser comparadas con las consignasiniciales.

La Figura 4 muestra el error cartesiano obtenido conuna consigna triangular, donde el aspecto importantepara observar el comportamiento del controlador esel cambio de dirección en uno de los vértices deltriángulo. Se observa el seguimiento bastante precisoque hace el PID al momento de cambiar la dirección,obteniéndose un error de máximo 2.3x10-5 metros(decenas de micras), mostrado en la Figura 5.


j σj αj dj θj rj

1 0 0 0 θ1 0

2 0 90 0 θ2 0

3 0 0 D3 θ3 0

4 0 -90 0 θ4 R4

5 0 90 0 θ5 0


es transformada en una consigna articularpor medio del modelo geométrico inverso(MGI). Es decir la señal de tres dimensionesde la consigna cartesiana se convertirá enuna consigna articular (q1, q2, q3, q4, q5),valores para cada una de las articulacionesdel robot OWI modificado. Igualmenteesta estrategia de control debe involucrarel modelo geométrico directo (MGD), yaque las señales que entrega el robot sonarticulares y deben transformarse en señalescartesianas para ser comparadas con lasconsignas iniciales.

La Figura 4 muestra el error cartesianoobtenido con una consigna triangular, dondeel aspecto importante para observar elcomportamiento del controlador es el cambiode dirección en uno de los vértices deltriángulo. Se observa el seguimiento bastantepreciso que hace el PID al momento decambiar la dirección, obteniéndose un errorde máximo 2.3×10−5 metros (decenas demicras), mostrado en la Figura 5.

Por último se retiró el control deinterruptores originales que controlaban elbrazo de forma manual, para ser remplazado


Figura 5. Error cartesiano para la consignatriangular con cambio de dirección.

Por último se retiró el control de interruptoresoriginales que controlaban el brazo de forma manual,para ser remplazado por una tarjeta Arduino mega2560, donde se embeberá el código de control. Estatarjeta cuenta con 54 pines de entrada y salidadigitales, de los cuales 14 pines cuentan con PWM,16 pines de entrada análoga, y 24 pines de entrada ysalida digital. En la implementación de este proyectose utilizaron 6 de los pines con PWM, uno por cadamotor, para el control de velocidad de estos. Seemplearon además 6 pines para los sensores deposición, y 6 pines para las salidas digitales quecontrolarán la posición de los motores. La ventajamás importante de esta tarjeta es que se puedeembeber código directamente desde Matlab /Simulink con la herramienta Arduino I/O, lo quepermite que el programa embebido sea ejecutado sintener conexión nuevamente con Matlab / Simulink.De otra parte para manejar la potencia de los motoresse utiliza la tarjeta Arduino Motor Shield.

Se elaboró una maqueta para realizar las pruebas delsistema, la cual tiene como base una lámina deacrílico de 5 mm, material escogido por ser radiolúcido en imágenes de tomografía computarizada. Enesta lámina se fijó una porción de columna y unindicador esférico el cual sirve como punto dereferencia para la base del robot dentro de la imagen.

La maqueta no pudo ser introducida con el brazorobótico al tomógrafo, debido a que las partesmetálicas generan artefactos llamados streaking 13,que por su alta densidad, superan el umbral para eladecuado procesamiento de los datos, dando lugar aimágenes con destellos.

La maqueta es llevada a un tomógrafo GeneralElectric, modelo CTE Dual, del Centro de Imágenesde Occidente, de la ciudad de Popayán, Colombia. Lamaqueta contiene una porción de columna realcompuesta por 5 vértebras lumbares, 2 torácicas y elsacro. La siguiente figura 6 muestra la maqueta y elindicador de referencia para la base del robot.

Figura 6. Maqueta con indicador para tomografía

Una vez obtenidas las imágenes, en el equipo detomografía se instala el robot con su respectivocontrolador, en el lugar exacto donde se encontrabael indicador esférico, como se muestra en la figura 7.

Figura 7. Maqueta de la columna vertebral y robotOWI modificado.


por una tarjeta Arduino mega 2560, dondese embeberá el código de control. Estatarjeta cuenta con 54 pines de entrada ysalida digitales, de los cuales 14 pines cuentancon PWM, 16 pines de entrada análoga, y24 pines de entrada y salida digital. En laimplementación de este proyecto se utilizaron6 de los pines con PWM, uno por cada motor,para el control de velocidad de estos. Seemplearon además 6 pines para los sensoresde posición, y 6 pines para las salidas digitalesque controlarán la posición de los motores.La ventaja más importante de esta tarjetaes que se puede embeber código directamentedesde Matlab / Simulink con la herramientaArduino I/O, lo que permite que el programaembebido sea ejecutado sin tener conexiónnuevamente con Matlab / Simulink. De otraparte para manejar la potencia de los motoresse utiliza la tarjeta Arduino Motor Shield.

Se elaboró una maqueta para realizar laspruebas del sistema, la cual tiene como baseuna lámina de acrílico de 5 mm, materialescogido por ser radio lúcido en imágenes detomografía computarizada. En esta láminase fijó una porción de columna y un indicadoresférico el cual sirve como punto de referenciapara la base del robot dentro de la imagen.









Figura 6. Maqueta con indicador para tomografía.










La maqueta no pudo ser introducida conel brazo robótico al tomógrafo, debido aque las partes metálicas generan artefactosllamados streaking [13], que por su altadensidad, superan el umbral para el adecuadoprocesamiento de los datos, dando lugar aimágenes con destellos.

La maqueta es llevada a un tomógrafoGeneral Electric, modelo CTE Dual, delCentro de Imágenes de Occidente, dela ciudad de Popayán, Colombia. Lamaqueta contiene una porción de columnareal compuesta por 5 vértebras lumbares, 2torácicas y el sacro. La siguiente figura6 muestra la maqueta y el indicador dereferencia para la base del robot.

Una vez obtenidas las imágenes, en elequipo de tomografía se instala el robot con


su respectivo controlador, en el lugar exactodonde se encontraba el indicador esférico,como se muestra en la figura 7.

Software de control

El software diseñado lleva por nombreIBA (Ingeniería Biomédica Aplicada). Elprograma se desarrolló en VTK (motorgráfico de código abierto)[14], y es compiladoen C++ sobre la plataforma Visual Studio2010. La interfaz de usuario como íconos,botones, y ventanas fueron desarrolladosen Qt (software de código abierto) [15].Las imágenes empleadas se encuentranen formato Dicom (Digital Imaging andCommunication in Medicine). Este formatoes el estándar reconocido mundialmente parael intercambio de imágenes médicas, diseñadopara la visualización, almacenamiento,impresión y transmisión de ellas. Un objetoDICOM simple puede contener solamenteuna imagen, pero esta imagen puede tenermúltiples “fotogramas” (frames), permitiendoel almacenamiento de bloques de cine u otrosdatos con varios fotogramas.

La manera estándar de representar unestudio médico se hace mediante tres cortesortogonales a saber: axial, sagital y coronal.El corte axial es perpendicular al eje inferior-superior, el plano sagital es perpendicular aleje izquierda-derecha y el plano coronal esperpendicular al eje anterior-posterior. LaFigura 8 presenta estos cortes realizados a lamaqueta del proyecto.

La librería para controlar el desplazamientoy recorrido de las imágenes para la navegaciónes Vtk lmage Plane Widget. Este widgetpuede ser usado para orientar y posicionaruna imagen en un plano finito, utilizandocortes de la imagen en los tres planos comose muestra en la Figura 9.

En esta imagen se empleó la herramientade coordenadas del PlaneWidget de VTK conla cual se pueden visualizar las coordenadasen x, y, z de cualquier punto de la imagenreconstruida en sus diferentes planos. Losvalores visualizados se encuentran expresadosen milímetros en la parte inferior izquierda dela imagen. Esta información permite ubicarla base del robot y el punto donde se deseaque se desplace la punta del robot donde,lugar donde se encuentra un pequeño cilindroque sirve como guía para el instrumental.

Software de control

El software diseñado lleva por nombre IBA(Ingeniería Biomédica Aplicada). El programa sedesarrolló en VTK (motor gráfico de códigoabierto)14, y es compilado en C++ sobre la plataformaVisual Studio 2010. La interfaz de usuario comoíconos, botones, y ventanas fueron desarrollados enQt (software de código abierto)15. Las imágenesempleadas se encuentran en formato Dicom (DigitalImaging and Communication in Medicine). Esteformato es el estándar reconocido mundialmente parael intercambio de imágenes médicas, diseñado parala visualización, almacenamiento, impresión ytransmisión de ellas. Un objeto DICOM simplepuede contener solamente una imagen, pero estaimagen puede tener múltiples "fotogramas" (frames),permitiendo el almacenamiento de bloques de cine u

otros datos con varios fotogramas.

La manera estándar de representar un estudio médicose hace mediante tres cortes ortogonales a saber:axial, sagital y coronal. El corte axial es perpendicularal eje inferior-superior, el plano sagital esperpendicular al eje izquierda-derecha y el planocoronal es perpendicular al eje anterior-posterior. LaFigura 8 presenta estos cortes realizados a la maquetadel proyecto.

La librería para controlar el desplazamiento yrecorrido de las imágenes para la navegación es Vtklmage Plane Widget. Este widget puede ser usadopara orientar y posicionar una imagen en un planofinito, utilizando cortes de la imagen en los tresplanos como se muestra en la Figura 9.

Figura 8. Cortes axial, sagital y coronal de la maqueta del proyecto.

Figura 9. VTK Image Plane Widget.

En esta imagen se empleó la herramienta de

coordenadas del Plane Widget de VTK con la cual sepueden visualizar las coordenadas en x, y, z decualquier punto de la imagen reconstruida en susdiferentes planos. Los valores visualizados seencuentran expresados en milímetros en la parteinferior izquierda de la imagen. Esta informaciónpermite ubicar la base del robot y el punto donde sedesea que se desplace la punta del robot donde, lugardonde se encuentra un pequeño cilindro que sirvecomo guía para el instrumental.

El punto de origen en la imagen donde se encuentranlas coordenadas (0, 0, 0), está ubicado en un vórticede la imagen (Figura 10), mostrándose en coloramarillo.


Software de control

El software diseñado lleva por nombre IBA(Ingeniería Biomédica Aplicada). El programa sedesarrolló en VTK (motor gráfico de códigoabierto)14, y es compilado en C++ sobre la plataformaVisual Studio 2010. La interfaz de usuario comoíconos, botones, y ventanas fueron desarrollados enQt (software de código abierto)15. Las imágenesempleadas se encuentran en formato Dicom (DigitalImaging and Communication in Medicine). Esteformato es el estándar reconocido mundialmente parael intercambio de imágenes médicas, diseñado parala visualización, almacenamiento, impresión ytransmisión de ellas. Un objeto DICOM simplepuede contener solamente una imagen, pero estaimagen puede tener múltiples "fotogramas" (frames),permitiendo el almacenamiento de bloques de cine u

otros datos con varios fotogramas.

La manera estándar de representar un estudio médicose hace mediante tres cortes ortogonales a saber:axial, sagital y coronal. El corte axial es perpendicularal eje inferior-superior, el plano sagital esperpendicular al eje izquierda-derecha y el planocoronal es perpendicular al eje anterior-posterior. LaFigura 8 presenta estos cortes realizados a la maquetadel proyecto.

La librería para controlar el desplazamiento yrecorrido de las imágenes para la navegación es Vtklmage Plane Widget. Este widget puede ser usadopara orientar y posicionar una imagen en un planofinito, utilizando cortes de la imagen en los tresplanos como se muestra en la Figura 9.



En esta imagen se empleó la herramienta de

coordenadas del Plane Widget de VTK con la cual sepueden visualizar las coordenadas en x, y, z decualquier punto de la imagen reconstruida en susdiferentes planos. Los valores visualizados seencuentran expresados en milímetros en la parteinferior izquierda de la imagen. Esta informaciónpermite ubicar la base del robot y el punto donde sedesea que se desplace la punta del robot donde, lugardonde se encuentra un pequeño cilindro que sirvecomo guía para el instrumental.

El punto de origen en la imagen donde se encuentranlas coordenadas (0, 0, 0), está ubicado en un vórticede la imagen (Figura 10), mostrándose en coloramarillo.



Figura 10. Punto de origen de la imagen.

Para determinar correctamente las coordenadascartesianas que serán enviadas al robot, se toman losdos puntos anteriormente mencionados y se restanmatemáticamente, lo que origina un nuevo punto quetiene como punto de origen la base del robot con lacoordenada deseada para que el robot se posicione. Acontinuación se muestra un ejemplo de una toma dedatos con el fin de verificar el cambio de origen.

Coordenada de la base del robot A= (255,229, 8)

Coordenada donde se desea ubicar el robotB= (240, 288, 141)

Realizando la diferencia aritmética entre los dospuntos se obtienen las coordenadas reales en dondese desea posicionar el robot en la maqueta.

B – A = (-15, 59, 133)

Para verificar gráficamente se ingresan los datos alsoftware GeoGebra 16 como se muestra en la Figura11.

Figura 11. Representación en el plano cartesianodel cambio de base.

En donde en el punto C se encuentra la coordenadadeseada con respecto a la base robot en la imagen.

El software IBA integra la visualización de imágenesDicom en sus diferentes planos con la capacidad denavegar a través de las imágenes, ubicar la lesión, yfinalmente posicionar y orientar la guía queestacionará al robot.El programa permite medir el tamaño de lospedículos y el cuerpo vertebral, lo que brinda laoportunidad de escoger el tornillo más apropiadopara la cirugía de fijación de columna.

El procesamiento de imágenes en el software IBAconsiste en visualizar y reconstruir las imágenesDicom en cuatro ventanas, en tres de ellas sevisualizan los planos corporales requeridos para elplaneamiento de la cirugía, que corresponden a losplanos frontal, sagital, y coronal. Las imágenes 2Dreconstruidas permiten visualizar las vértebras, desdelos diferentes planos.

En la cuarta ventana el software IBA cuenta con uncontrol interactivo de imágenes 3D el cual tieneintegrado tres funciones las cuales son “navegación”,“procesamiento” y “posición”. A continuación en lafigura 12 se muestra una imagen del software IBA.


El punto de origen en la imagen dondese encuentran las coordenadas (0, 0, 0), estáubicado en un vórtice de la imagen (Figura10), mostrándose en color amarillo.

Para determinar correctamente lascoordenadas cartesianas que serán enviadas alrobot, se toman los dos puntos anteriormentemencionados y se restan matemáticamente,lo que origina un nuevo punto que tiene comopunto de origen la base del robot con lacoordenada deseada para que el robot seposicione. A continuación se muestra unejemplo de una toma de datos con el fin deverificar el cambio de origen.

• Coordenada de la base del robot A =(255, 229, 8)

• Coordenada donde se desea ubicar elrobot B = (240, 288, 141)

Realizando la diferencia aritmética entrelos dos puntos se obtienen las coordenadasreales en donde se desea posicionar el roboten la maqueta.

B − A = (−15, 59, 133)

Para verificar gráficamente se ingresan losdatos al software GeoGebra [16] como semuestra en la Figura 11.


Para determinar correctamente las coordenadascartesianas que serán enviadas al robot, se toman losdos puntos anteriormente mencionados y se restanmatemáticamente, lo que origina un nuevo punto quetiene como punto de origen la base del robot con lacoordenada deseada para que el robot se posicione. Acontinuación se muestra un ejemplo de una toma dedatos con el fin de verificar el cambio de origen.

Coordenada de la base del robot A= (255,229, 8)

Coordenada donde se desea ubicar el robotB= (240, 288, 141)

Realizando la diferencia aritmética entre los dospuntos se obtienen las coordenadas reales en dondese desea posicionar el robot en la maqueta.

B – A = (-15, 59, 133)

Para verificar gráficamente se ingresan los datos alsoftware GeoGebra 16 como se muestra en la Figura11.

Figura 11. Representación en el plano cartesianodel cambio de base.

En donde en el punto C se encuentra la coordenadadeseada con respecto a la base robot en la imagen.

El software IBA integra la visualización de imágenesDicom en sus diferentes planos con la capacidad denavegar a través de las imágenes, ubicar la lesión, yfinalmente posicionar y orientar la guía queestacionará al robot.El programa permite medir el tamaño de lospedículos y el cuerpo vertebral, lo que brinda laoportunidad de escoger el tornillo más apropiadopara la cirugía de fijación de columna.

El procesamiento de imágenes en el software IBAconsiste en visualizar y reconstruir las imágenesDicom en cuatro ventanas, en tres de ellas sevisualizan los planos corporales requeridos para elplaneamiento de la cirugía, que corresponden a losplanos frontal, sagital, y coronal. Las imágenes 2Dreconstruidas permiten visualizar las vértebras, desdelos diferentes planos.

En la cuarta ventana el software IBA cuenta con uncontrol interactivo de imágenes 3D el cual tieneintegrado tres funciones las cuales son “navegación”,“procesamiento” y “posición”. A continuación en lafigura 12 se muestra una imagen del software IBA.

Figura 11. Representación en el plano cartesiano delcambio de base.

En donde en el punto C se encuentra lacoordenada deseada con respecto a la baserobot en la imagen.

El software IBA integra la visualizaciónde imágenes Dicom en sus diferentes planoscon la capacidad de navegar a través delas imágenes, ubicar la lesión, y finalmenteposicionar y orientar la guía que estacionaráal robot.

El programa permite medir el tamaño delos pedículos y el cuerpo vertebral, lo quebrinda la oportunidad de escoger el tornillomás apropiado para la cirugía de fijación decolumna.

El procesamiento de imágenes en elsoftware IBA consiste en visualizar yreconstruir las imágenes Dicom en cuatroventanas, en tres de ellas se visualizanlos planos corporales requeridos para elplaneamiento de la cirugía, que correspondena los planos frontal, sagital, y coronal.Las imágenes 2D reconstruidas permitenvisualizar las vértebras, desde los diferentesplanos.

En la cuarta ventana el software IBAcuenta con un control interactivo de imágenes3D el cual tiene integrado tres funciones lascuales son “navegación”, “procesamiento” y“posición”. A continuación en la figura 12 semuestra una imagen del software IBA.


Figura 12. Pantalla principal del software IBA

RESULTADOS

El software IBA permite visualizar las imágenestomadas en el tomógrafo computarizado. En total serealizaron 192 cortes del volumen de la maqueta,estos cortes permiten realizar la reconstrucción de laimagen en sus diferentes planos. El software estádiseñado de tal forma que se pueda seguir en formavertical los pasos para posicionar el robot. Estospasos son seis como se muestra en la Figura 13.

Figura 13. Secuencia de pasos a realizar con el

software IBA.

Como puede verse en la anterior figura, el primerpaso es abrir la imagen Dicom de la imagen a ser

procesada.

Para tener una mayor claridad de la imagen se haincorporado una herramienta que permite que con elclic derecho del mouse y desplazando el puntero deizquierda a derecha o arriba y abajo, se observencambios de contraste y nitidez en la ventana de laimagen. Esto puede verse en la Figura 14 donde sepueden apreciar los cambios en la imagen conrespecto a la Figura 12

Figura 14. Cambios de contraste en la imagen

El segundo paso es ubicar el mouse sobre la ventana“Imagen 3D” y con clic sostenido del botón centralsobre los planos se recorren las imágenes hasta ubicarel indicador esférico, como se muestra en la Figura15.

Figura 12. Pantalla principal del software IBA.


RESULTADOS



software IBA.


procesada.




Figura 13. Secuencia de pasos a realizar con elsoftware IBA.

RESULTADOS

El software IBA permite visualizarlas imágenes tomadas en el tomógrafocomputarizado. En total se realizaron 192cortes del volumen de la maqueta, estoscortes permiten realizar la reconstrucciónde la imagen en sus diferentes planos. Elsoftware está diseñado de tal forma que se

pueda seguir en forma vertical los pasos paraposicionar el robot. Estos pasos son seis comose muestra en la Figura 13.

Como puede verse en la anterior figura, elprimer paso es abrir la imagen Dicom de laimagen a ser procesada.

Para tener una mayor claridad de laimagen se ha incorporado una herramientaque permite que con el clic derecho del mousey desplazando el puntero de izquierda aderecha o arriba y abajo, se observen cambiosde contraste y nitidez en la ventana de laimagen. Esto puede verse en la Figura 14donde se pueden apreciar los cambios en laimagen con respecto a la Figura 12.

El segundo paso es ubicar el mousesobre la ventana “Imagen 3D” y con clicsostenido del botón central sobre los planosse recorren las imágenes hasta ubicar elindicador esférico, como se muestra en laFigura 15.

A continuación se repite el procedimientoanterior, se ubica el mouse sobre la ventana3D con el botón central sostenido, sedesplazan los planos para ubicar el pedículoen el que se desea posicionar el órganoterminal del robot y donde se insertará el



RESULTADOS



software IBA.


procesada.




Figura 14. Cambios de contraste en la imagen.

Figura 15. Coordenadas de la base del robot.

A continuación se repite el procedimiento anterior, seubica el mouse sobre la ventana 3D con el botóncentral sostenido, se desplazan los planos para ubicarel pedículo en el que se desea posicionar el órganoterminal del robot y donde se insertará el tornillo. Loscambios de las imágenes en los planos se pueden

observar en las diferentes ventanas.Una vez localizado el punto donde se quiereposicionar el órgano terminal del robot se obtienenlas coordenadas como se muestra en la Figura 16.

Figura 16. Coordenadas órgano terminal del robot.

El siguiente paso es orientar el órgano terminal delrobot donde se encuentra la guía. La orientaciónconsiste en encontrar dos ángulos en los planosfrontal y transversal.

El software IBA cuenta con una herramienta quepermite sobre la imagen del plano graficar el ángulomás indicado para que el tornillo ingrese a través delpedículo sin invadir el canal vertebral, como seobserva en la Figura 17.



A continuación se repite el procedimiento anterior, seubica el mouse sobre la ventana 3D con el botóncentral sostenido, se desplazan los planos para ubicarel pedículo en el que se desea posicionar el órganoterminal del robot y donde se insertará el tornillo. Loscambios de las imágenes en los planos se pueden

observar en las diferentes ventanas.Una vez localizado el punto donde se quiereposicionar el órgano terminal del robot se obtienenlas coordenadas como se muestra en la Figura 16.


El siguiente paso es orientar el órgano terminal delrobot donde se encuentra la guía. La orientaciónconsiste en encontrar dos ángulos en los planosfrontal y transversal.

El software IBA cuenta con una herramienta quepermite sobre la imagen del plano graficar el ángulomás indicado para que el tornillo ingrese a través delpedículo sin invadir el canal vertebral, como seobserva en la Figura 17.


tornillo. Los cambios de las imágenes en losplanos se pueden observar en las diferentesventanas.

Una vez localizado el punto donde sequiere posicionar el órgano terminal del robotse obtienen las coordenadas como se muestraen la Figura 16.

El siguiente paso es orientar el órganoterminal del robot donde se encuentra la

Figura 17. Selección de los ángulos frontal y sagital.

También es posible medir el tamaño del tornillo ainsertar. La herramienta “Medidas” permite medir ladistancia entre el pedículo y el cuerpo vertebral enmilímetros, permitiendo tener la certeza del tamañoideal del tornillo a implantar. Esto se observa en laFigura 18.

Figura 18. Uso de la herramienta “Medidas”.

Por último, dando clic en el botón de “Activar” elrobot se mueve a la posición deseada, colocando elanillo en posición para que el cirujano introduzca porél el instrumental para realizar la perforación y acontinuación el tornillo. La Figura 19 muestra elsistema completo en su fase de posicionamiento final.

Figura 19. Posicionamiento final del robot consu guía.

Para verificar el correcto funcionamiento del sistemase empleó un arco en C marca OEC, modelo 9800,propiedad de la Unidad Neurológica Santa Clara,ubicada en los quirófanos de la clínica Saludcoop dela ciudad de Popayán, Colombia. El intensificador deimágenes se emplea en modo fluoroscopia paratomar imágenes continuas de rayos X de la maquetaen tiempo real, lo que permitirá verificar la correctaposición y orientación del sistema.

Una vez obtenidas las imágenes en el arco en C, estasson grabadas en medio digital en formato bmp,


Figura 17. Selección de los ángulos frontal y sagital.








guía. La orientación consiste en encontrar dosángulos en los planos frontal y transversal.

El software IBA cuenta con unaherramienta que permite sobre la imagen delplano graficar el ángulo más indicado paraque el tornillo ingrese a través del pedículosin invadir el canal vertebral, como se observaen la Figura 17.

También es posible medir el tamañodel tornillo a insertar. La herramienta“Medidas” permite medir la distancia entre elpedículo y el cuerpo vertebral en milímetros,permitiendo tener la certeza del tamaño idealdel tornillo a implantar. Esto se observa enla Figura 18.

152 Revista Mexicana de Ingeniería Biomédica · volumen 36 · número 2 · May-Ago, 2015Figura 17. Selección de los ángulos frontal y sagital.







Figura 19. Posicionamiento final del robot con suguía.

Por último, dando clic en el botón de“Activar” el robot se mueve a la posicióndeseada, colocando el anillo en posiciónpara que el cirujano introduzca por él elinstrumental para realizar la perforación ya continuación el tornillo. La Figura 19muestra el sistema completo en su fase deposicionamiento final.

Para verificar el correcto funcionamientodel sistema se empleó un arco en Cmarca OEC, modelo 9800, propiedad de laUnidad Neurológica Santa Clara, ubicadaen los quirófanos de la clínica Saludcoopde la ciudad de Popayán, Colombia. Elintensificador de imágenes se emplea en modofluoroscopia para tomar imágenes continuasde rayos X de la maqueta en tiempo real, loque permitirá verificar la correcta posición yorientación del sistema.

Una vez obtenidas las imágenes en el arcoen C, estas son grabadas en medio digitalen formato bmp, propio del equipo. Estasimágenes se cargaron al software Geogebra,con cuyas herramientas se midieron losángulos en que se encontraba posicionada laguía. Estos ángulos se comparan con losobtenidos en el software IBA, el error angulares la diferencia entre estos dos valores.

propio del equipo. Estas imágenes se cargaron alsoftware Geogebra, con cuyas herramientas semidieron los ángulos en que se encontrabaposicionada la guía. Estos ángulos se comparan conlos obtenidos en el software IBA, el error angular esla diferencia entre estos dos valores.

En el plano transversal el ángulo de referenciacalculado en el software IBA es de 71.1 grados, y elmedido en la imagen obtenida en el arco en C, es71.86, con una error aproximado de 0.76 grados,como se observa en la Figura 20.

Figura 20. Validación del ángulo transversal.

Por otra parte en el plano frontal el ángulo calculadoen el software IBA es de 12 grados, el obtenido en elarco en C es de 12.85 grados, con un erroraproximado de 0.85 grados como se observa en laFigura 21.

Figura 21. Validación del ángulo frontal.

DISCUSIÓN

Las salas de cirugía son unidades médicas de altoriesgo en donde la prioridad es la seguridad delpaciente. La cirugía asistida por robots es unprocedimiento de alto riesgo 17, en donde se puedegenerar situaciones que comprometan la seguridaddel paciente 18.

Actualmente no existen normas de seguridad para losrobots quirúrgicos pero existen normas para losrobots industriales como la ISO 10218: 2011 quepresenta los requisitos de seguridad para los robotsindustriales. En la parte medica está la ISO 13485:2003, norma en la cual se establecen los requisitos degestión de calidad para dispositivos médicos; y en laISO 14971: 2012 se presenta la aplicación del sistemade gestión de riesgos para dispositivos médicos, locual implica la seguridad para la interacción robots –humanos19.

La seguridad de un robot quirúrgico está en su diseñoel cual es basado en la descripción de unprocedimiento quirúrgico y en conocimientostécnicos y médicos de la cirugía. Este tipo deprocedimientos requiere de una estandarización,control y seguimiento para estos sistemas de altoriesgo. Uno de los modelos más empleados es elHealthcare Failure Mode and Effects Analysis(HFMEA), que es una herramienta de evaluación endonde se identifican las posibles causas de error delsistema mediante diagramas de flujo. Los errores sepriorizan según gravedad, frecuencia, y probabilidad,con las medidas de control existentes, con la toma demedidas para cada caso, y con el tipo de cirugíarobótica a realizar 20.

CONCLUSIONES

Este artículo presentó un prototipo funcional de robotpara asistir en una cirugía de fijación de columna, conel fin de ayudar al cirujano en la correcta ubicación yorientación de una guía para la inserción de lostornillos en el cuerpo vertebral. Se utilizó un sencillorobot comercial de bajo costo, el cual fue modificadocon el fin de proveerle un grado de libertad adicional,para un total de cinco grados de libertad. Se utilizó un


propio del equipo. Estas imágenes se cargaron alsoftware Geogebra, con cuyas herramientas semidieron los ángulos en que se encontrabaposicionada la guía. Estos ángulos se comparan conlos obtenidos en el software IBA, el error angular esla diferencia entre estos dos valores.

En el plano transversal el ángulo de referenciacalculado en el software IBA es de 71.1 grados, y elmedido en la imagen obtenida en el arco en C, es71.86, con una error aproximado de 0.76 grados,como se observa en la Figura 20.


Por otra parte en el plano frontal el ángulo calculadoen el software IBA es de 12 grados, el obtenido en elarco en C es de 12.85 grados, con un erroraproximado de 0.85 grados como se observa en laFigura 21.


DISCUSIÓN

Las salas de cirugía son unidades médicas de altoriesgo en donde la prioridad es la seguridad delpaciente. La cirugía asistida por robots es unprocedimiento de alto riesgo 17, en donde se puedegenerar situaciones que comprometan la seguridaddel paciente 18.

Actualmente no existen normas de seguridad para losrobots quirúrgicos pero existen normas para losrobots industriales como la ISO 10218: 2011 quepresenta los requisitos de seguridad para los robotsindustriales. En la parte medica está la ISO 13485:2003, norma en la cual se establecen los requisitos degestión de calidad para dispositivos médicos; y en laISO 14971: 2012 se presenta la aplicación del sistemade gestión de riesgos para dispositivos médicos, locual implica la seguridad para la interacción robots –humanos19.

La seguridad de un robot quirúrgico está en su diseñoel cual es basado en la descripción de unprocedimiento quirúrgico y en conocimientostécnicos y médicos de la cirugía. Este tipo deprocedimientos requiere de una estandarización,control y seguimiento para estos sistemas de altoriesgo. Uno de los modelos más empleados es elHealthcare Failure Mode and Effects Analysis(HFMEA), que es una herramienta de evaluación endonde se identifican las posibles causas de error delsistema mediante diagramas de flujo. Los errores sepriorizan según gravedad, frecuencia, y probabilidad,con las medidas de control existentes, con la toma demedidas para cada caso, y con el tipo de cirugíarobótica a realizar 20.

CONCLUSIONES

Este artículo presentó un prototipo funcional de robotpara asistir en una cirugía de fijación de columna, conel fin de ayudar al cirujano en la correcta ubicación yorientación de una guía para la inserción de lostornillos en el cuerpo vertebral. Se utilizó un sencillorobot comercial de bajo costo, el cual fue modificadocon el fin de proveerle un grado de libertad adicional,para un total de cinco grados de libertad. Se utilizó un


En el plano transversal el ángulo dereferencia calculado en el software IBA esde 71.1 grados, y el medido en la imagenobtenida en el arco en C, es 71.86, con unaerror aproximado de 0.76 grados, como seobserva en la Figura 20.

Por otra parte en el plano frontal el ángulocalculado en el software IBA es de 12 grados,el obtenido en el arco en C es de 12.85 grados,con un error aproximado de 0.85 grados comose observa en la Figura 21.

DISCUSIÓN

Las salas de cirugía son unidades médicasde alto riesgo en donde la prioridad es laseguridad del paciente. La cirugía asistida


por robots es un procedimiento de alto riesgo[17], en donde se puede generar situacionesque comprometan la seguridad del paciente[18].

Actualmente no existen normas deseguridad para los robots quirúrgicos peroexisten normas para los robots industrialescomo la ISO 10218: 2011 que presentalos requisitos de seguridad para los robotsindustriales. En la parte medica está laISO 13485: 2003, norma en la cual seestablecen los requisitos de gestión de calidadpara dispositivos médicos; y en la ISO14971: 2012 se presenta la aplicación delsistema de gestión de riesgos para dispositivosmédicos, lo cual implica la seguridad para lainteracción robots - humanos [19].

La seguridad de un robot quirúrgicoestá en su diseño el cual es basado en ladescripción de un procedimiento quirúrgicoy en conocimientos técnicos y médicos de lacirugía. Este tipo de procedimientos requierede una estandarización, control y seguimientopara estos sistemas de alto riesgo. Uno delos modelos más empleados es el HealthcareFailure Mode and Effects Analysis (HFMEA),que es una herramienta de evaluación endonde se identifican las posibles causas deerror del sistema mediante diagramas deflujo. Los errores se priorizan según gravedad,frecuencia, y probabilidad, con las medidasde control existentes, con la toma de medidaspara cada caso, y con el tipo de cirugíarobótica a realizar [20].

CONCLUSIONES

Este artículo presentó un prototipo funcionalde robot para asistir en una cirugía de fijaciónde columna, con el fin de ayudar al cirujanoen la correcta ubicación y orientación de unaguía para la inserción de los tornillos enel cuerpo vertebral. Se utilizó un sencillorobot comercial de bajo costo, el cual fuemodificado con el fin de proveerle un gradode libertad adicional, para un total de cincogrados de libertad. Se utilizó un tomógrafocomputarizado el cual obtiene imágenes en

formato Dicom de una columna vertebralreal. El software desarrollado, llamadoIBA, permite mostrar en pantalla la imagenen tres dimensiones de las vértebras dela maqueta realizada, pudiéndose definir elpunto inicial y el punto final de la insercióndel tornillo transpedicular. Realizandosencillos ajustes en el software es posible queel robot modificado, el cual está ubicado yreferenciado al lado de la columna vertebral,se mueva frente a la vértebra en cuestión,mostrando al cirujano por medio de un anillofijado a su órgano terminal, la posición yorientación guía para que él pueda introducirel tornillo.

Los resultados muestran un error angularbastante pequeño. Aunque se utilizó paraeste trabajo un robot comercial muy simple yde solo cinco grados de libertad, los resultadosmuestran que es posible construir un sistemamás completo con el cual podrían iniciarsepruebas en el quirófano. El obtener unaherramienta funcional de este tipo permitiríareducir considerablemente la posibilidad deerrores al momento de introducir los tornillostranspediculares en cirugía de fijación decolumna.

Trabajos futuros explorarán el sistemacon un robot más robusto y de seis gradosde libertad, así como su prueba en lasoperaciones de fijación de columna mássencillas.

REFERENCIAS

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