La cirugía mínimamente invasiva (ROBOT PUMA)

La cirugía mínimamente invasiva aparece como un nuevo concepto, y da origen a una nueva especialidad en el área de la robótica médica, basándose en algunos de los inconvenientes que existen en los procedimientos quirúrgicos tradicionales tanto para el cirujano como para el paciente, e identificando las debilidades existentes, en los materiales y métodos, se desarrollan soluciones con el objetivo de obtener resultados que representen menor dificultad para el cirujano, y mayor calidad de servicio operatorio para el paciente. De igual manera como aparecen nuevas prácticas, surgen nuevas complicaciones y restricciones que dificultan el trabajo del cirujano, Estos inconvenientes son resueltos mediante aprendizaje y rigurosas prácticas para mejorar la destreza y habilidad para la ejecución de estas nuevas técnicas.

Esta situación, representa la oportunidad de incorporar sistemas de ayuda al cirujano que faciliten el trabajo y permitan mejorar la calidad de los procedimientos, y es donde aparecen nuevas tendencias de solución como los sistemas robóticos. Bajo este concepto, el presente trabajo tiene como objetivo principal, estudiar el desempeño del robot más común utilizado en la industria (robot PUMA) en cirugías de laparoscopia.

Para realizar el estudio y los diferentes análisis el trabajo se divide en 3 capítulos, un primer capitulo donde se proporciona información acerca de las generalidades, la técnica y los materiales necesarios para realizar procedimientos quirúrgicos laparoscópicos, y la información acerca de las cirugías seleccionadas para estudio y la justificación de selección.

Un segundo capitulo donde se muestran los resultados de las consignas obtenidas después de analizar detalladamente cada técnica quirúrgica, además de las herramientas necesarias para su obtención. Finalmente un tercer capitulo donde se muestran los resultados del comportamiento del robot PUMA bajo las restricciones necesarias para realizar los procedimientos laparoscópicos seleccionados, los inconvenientes y limitaciones que surgen, y una alternativa de solución para garantizar el éxito de la cirugía.

Teniendo en cuenta que aparecen limitaciones que prueban que el antebrazo del robot PUMA no cumple con la restricción impuesta de respetar un punto de ingreso a la cavidad abdominal, condición preponderante para realizar una cirugía laparoscópica, en el presente trabajo no se realizan tareas de simulación de control, pero se adelanta el estudio de una alternativa de solución que garantice el trabajo en un procedimiento laparoscópico, dejando como sugerencia para un posterior trabajo las tareas de control en el robot solución.

Laparoscopía, descripción y generalidades

1.1 ANTECEDENTES

En la evolución histórica de la laparoscopia, han pasado muchos años desde que Kelling, en 1901, reportase el primer caso de inspección de la cavidad abdominal en un perro, con la ayuda de un cistoscopio (instrumento médico que sirve para explorar el interior de la vejiga) ideado por Nitze, introducido a través de un orificio cutáneo [1]. En un principio Kelling desarrolla su técnica utilizándola en pacientes con ascitis (inflamación del vientre por acumulación de líquido seroso), simplificando el ingreso a la cavidad abdominal y aplicando el uso de la técnica en humanos en el año 1932. También fue este autor quien tuvo la idea de insuflar la cavidad abdominal con gas (aire filtrado con algodón estéril), diseñando un trocar (instrumento de cirugía, a modo de punzón cilíndrico) especial con válvula, que no difiere demasiado del mecanismo actual [2].

Jacobeus, en Estocolmo en 1910, reporta el empleo de un cistoscopio para el examen de las cavidades abdominal y pleural (membrana serosa que protege a los pulmones), siendo el primero en realizar laparoscopias en humanos. Este instrumento era insertado a través de un trocar utilizándose indistintamente aire o agua para distender la cavidad [3].

En el año 1934 el suizo Zollikofer [4] introdujo el uso de dióxido de carbono en vez de aire, para la insuflación abdominal, con lo que la irritación peritoneal y los riesgos de la embolia gaseosa disminuyeron notablemente, pero con la desventaja de carecer de un aparato que fuera capaz de regular el flujo del CO2. Dicha eventualidad fue superada recién en 1977 por el ginecólogo alemán Semm al introducir el insuflador automático [5].

En 1920 con Ordonoff, los trocares de ingreso ya eran parecidos a los actuales con un extremo piramidal y una válvula hermética, siendo de especial peligro la introducción del primer trocar por no ser monitoreado, lo que lleva en 1974 a Hassan a fabricar un trocar sin punta cortante con una técnica de ingreso llamada "laparoscopía abierta", o técnica de Hassan [2].

En la década del 60 se introducen fibras ópticas que aportan luz fría, eliminando el riesgo de las quemaduras de intestino [6]. En los años 70 la laparoscopia adquirió un papel importante como procedimiento diagnóstico en casos de ligaduras de trompas [7]. Con el perfeccionamiento tanto de la técnica como del instrumental utilizado se fueron efectuando cada día procedimientos más complejos abriendo así las fronteras en las intervenciones quirúrgicas del aparato reproductor que aún se realizan.

El desarrollo constante de la tecnología hace que Mouret en 1987 presente un trabajo sobre "colecistectomía laparoscópica", considerado el puntapié inicial de la laparoscopía moderna [8]. Otros consideran que los verdaderos catalizadores de esta explosión de interés por la laparoscopía quirúrgica fueron Spaw, Reddick y Olsen, en 1991, con su trabajo sobre 500 colecistectomías laparoscópicas [9].

1.2 DESCRIPCION DE LA TECNICA QUIRURGICA

La laparoscopia, es una técnica diagnóstica y terapéutica, basada en sistemas de visión y manipulación, introducidos en la cavidad abdominal a través de incisiones. En esta técnica se identifican cuatro categorías: diagnóstico visual e histológico, extirpación o resección solamente, extirpación o resección seguidas de reconstrucción o reparación y reconstrucción o reparación únicamente.

Primero se practica una pequeña incisión generalmente de 10mm de diámetro, cercana al ombligo, por la cual se introduce un trocar que permite el ingreso de un sistema de iluminación con fuente de luz fría, una cámara para visualización y grabación de imágenes y además tiene un conducto para insuflar gas inerte con el fin de distender la cavidad abdominal, como se ve en la incisión central de la Figura 1-1 [8].

Figura 1-1: Región Abdominal con instrumental laparoscópico[1]

Cuando se realiza con fines terapéuticos, se deben realizar incisiones adicionales, comúnmente denominadas puertos, por las cuales se introduce el equipo quirúrgico, que puede variar dependiendo el procedimiento en instrumentos como bisturís, tijeras, retractores, graspers, cauterizador, entre otros, ver Figura 1-1.

Es importante destacar que la laparoscopia, antes que ser una técnica quirúrgica, es un método de exploración, que consta de un componente visual que permite magnificar (de 10 a 20 veces) la cavidad abdominal, y un componente táctil que no es una característica inmediata, pero que permite identificar el campo de trabajo.

Las ventajas que brinda este método respecto al tradicional (cirugía abierta), son muy evidentes, por ejemplo: disminuye considerablemente los traumas postoperatorios, reduce la exposición al medio, reduce el riesgo de colonización bacteriana del peritoneo y disminuye la agresividad quirúrgica que se presenta en una cirugía abierta, reduciendo el tamaño de las cicatrices.

Esta técnica puede ser usada para una gran variedad de procedimientos y en órganos como estómago, esófago, intestino delgado, colon, hígado, vías biliares, bazo, páncreas, útero, pared abdominal (hernias), vías urinarias y genitales, etc. La tabla 1-1 describe algunas de las cirugías más comunes.

Tabla 1-1: Algunas cirugías realizadas por laparoscopia.

1.3 EQUIPO TECNICO

A finales de la década de los 80, la introducción de las videocámaras en la laparoscopia dio lugar a la difusión de esta metodología a nivel mundial, lo que generó un incentivo para investigar y desarrollar nuevos equipos e instrumentos cada vez más sofisticados y especializados, y la aparición de instrumental de uso único o descartable. Son tres las categorías de equipos que se clasifican dependiendo de su uso en: Equipo visual, equipo para el nuemoperitoneo y la instrumentación quirúrgica [18].

1.3.1 Equipo visual.

La laparoscopia se basa en un sistema visual constituido por un laparoscopio, que incluye un sistema óptico y una videocámara interconectada, una fuente de luz, el cable para la transmisión de la luz y un monitor de video.

1.3.1.1 Sistema óptico laparoscópico.

Es el primer eslabón en la cadena de transmisión de las imágenes laparoscópicas. La base técnica de este instrumento es el IRILS (inverting real image lens system). Una tras otra, estas lentes transmiten la imagen al ocular, que generalmente tiene una lente de aumento (Figura 1-2).

Los sistemas laparoscópicos tienen un diámetro que va desde los 5mm hasta los 10mm y longitudes que por lo general se aproximan a 30cm. Los sistemas ópticos se clasifican por calibre y por el ángulo de visión de las lentes frontales (0º, 30º y hasta los 120º) [18].

Figura 1-2: Sistema óptico laparoscópico[2]

1.3.1.2 Videocámara.

Una videocámara de cirugía debe reunir tres características fundamentales que son: tener alta resolución, ser pequeña y liviana, y ser fácil de esterilizar.

La cámara está compuesta básicamente de dos partes, el video sensor y el dispositivo de acoplamiento para el cabezal de la óptica. El video sensor es el alma del sistema de la imagen, en el están contenidos todos los receptores foto celulares cada uno de los cuales da origen a un pixel. Se debe tener en cuenta que la resolución de la cámara es directamente proporcional al número de foto receptores celulares que tenga. Se consideran cámaras de alta resolución aquellas que tienen entre 150.000 y 300.000 receptores [18].

Las videocámaras que se usan en laparoscopia por lo general están dotadas de un lente cuya distancia focal es de 25 a 38 mm, lo cual permite movilizar la óptica en este margen sin perder el foco, aspecto fundamental en procedimientos quirúrgicos los cuales exigen movimientos considerables.

1.3.1.3 Fuente de luz.

La fuente de luz ilumina la cavidad peritoneal a través de su conexión con el laparoscopio. Las características requeridas son un poder adecuado, regulación automática de la intensidad de la luz conectada a la cámara y la posibilidad de conexión de una segunda fuente de luz con iluminación independiente, para ser utilizada en caso de daño en la fuente de luz principal.

Todas las fuentes de luz producen luz fría y se acompañan de un filtro que absorbe la mayor parte de la radiación térmica para prevenir los fenómenos de reflexión y daños térmicos a los órganos abdominales por contacto prolongado con el extremo de la cámara.

1.3.1.4 Cable de transmisión de la luz.

El medio de transmisión de la luz fría es la fibra óptica.

1.3.1.5 Monitor de video.

El único requisito para éste, es una excelente reproducción de la imagen, generalmente de alta resolución superior a las 600 líneas, y superior a 21 pulgadas (Figura 1-3), adicionalmente con cuatro cabezales, para conexión a un sistema de grabación, VHS, DVD, etc. En algunos quirófanos se utiliza más de un monitor.

Figura 1-3: Monitor de video, (Primer plano cirujano)[3].

1.3.1.6 Videograbación.

El uso de la cámara permite grabar y archivar una gran cantidad de imágenes, que pueden ser utilizadas para enseñanza y estudio.

1.3.2 Equipo para el nuemoperitoneo.

El nuemoperitoneo es un paso esencial y básico en cualquier procedimiento laparoscópico. Consiste en extender la cavidad peritoneal por medio de la insuflación de CO2 con una aguja introducida en la cavidad abdominal (aguja de Veress), provista de un mecanismo de seguridad para evitar heridas viscerales (Figura 1-4).

El insuflador es un aparato electrónico que permite la creación del nuemoperitoneo al inyectar un gas (actualmente CO2) en la cavidad abdominal. Este debe estar provisto de una fuente de CO2, al cual va unido un cable metálico flexible o bien una manguera de alta presión. El aparato se conecta al paciente a través de un tubo siliconado estéril en cuyo extremo se conecta la aguja de Veress (instrumento que permite el ingreso del CO2 a la cavidad abdominal) [18].

Se introduce la aguja de Veress a través de la incisión umbilical que permite la penetración a través de una capa relativamente angosta de tejidos. La aguja de Veress se manipula como un lápiz o un dardo, y cuando atraviesa la pared abdominal, es fácil oír un ruido seco que produce el sistema protector de la aguja al atravesar el peritoneo [18].

La insuflación comienza con un flujo bajo (1 Litro / minuto), lo que permite minimizar un cambio de presión significativo y seguir, paso a paso, la distribución del CO2 dentro de la cavidad abdominal. La inspección visual de la pared abdominal anterior mostrará la progresión de una expansión ordenada y la distribución regular del gas. Vale la pena mencionar que el volumen de CO2 introducido para alcanzar una presión intraabdominal suficiente cambia según el estado físico del paciente, de modo que para un individuo obeso se utilizan hasta 10 Litros de CO2 para un correcto neumoperitoneo operatorio. En caso de ascitis (acumulación de serosidad en la cavidad del peritoneo), en la que el espacio peritoneal ya esta expandido y ocupado, se reduce la cantidad de gas utilizada para la distención.

Al alcanzar una presión operatoria normal, por lo regular entre 10 y 14 mm de mercurio, el insuflador se regula en su máxima velocidad de flujo para permitir el rellenado del neumoperitoneo en caso de pérdida repentina de gas durante la manipulación.

Existen distintos modelos de insufladores cuyas diferencias básicamente tienen relación con la capacidad de inyección de CO2 por minuto. Las características más relevantes en estos aparatos son las siguientes:

Permitir pre-establecer la presión abdominal a la cual se va a trabajar, trabajar con una presión de CO2 progresiva y constante, evitando con ello la distención brusca de la cavidad, y finalmente mantener constante la presión dentro de la cavidad abdominal compensando fugas producidas por razones técnicas dentro de la cirugía.

Probablemente la característica más importante de estos insufladores es la de poseer un sensor de presión intraabdominal que detiene automáticamente el flujo una vez alcanzada la presión preestablecida, siendo capaz de activar una válvula de seguridad al aumentar la presión sobre los niveles prefijados. También están dotados de un sistema de alarma acústica que se activa cuando el aparato detecta una presión mayor.

Figura 1-4: El nuemoperitoneo[4]

1.3.3 Instrumentación quirúrgica.

El instrumental laparoscópico puede ser dividido en reutilizable y descartable. Cada instrumento descartable tiene su correspondiente reutilizable. Aunque más costosos, los instrumentos descartables parecen ser más eficaces, considerando que al no estar deteriorados por su uso reiterado, son más confiables por su filo y rendimiento previsible.

La primera generación de instrumentos sólo estaba equipada con un simple movimiento de apertura/cierre y podía ser rotada solamente al cambiar la posición de la mano fuera de la cavidad abdominal. Los instrumentos actuales, permiten una rotación de 360º con el simple movimiento de un dedo, manteniendo una posición fija de la mano [18].

Los instrumentos pueden ser divididos en:

• Trocares.

• Aguja de Veress.

• Retractores.

• Pinzas de prensión o graspers.

• Instrumentos para corte y disección.

• Instrumentos para sutura/ligadura.

1.3.3.1 Trocar.

El trocar es un instrumento que consiste de un punzón con punta cortante, revestido por una funda o cánula que a veces dispone de un puerto para la insuflación de gas para el neumoperitoneo. Su diámetro interior varía de 5 a 12,5 mm, su longitud esta entre 10 y 13 cm y por lo general se elaboran con acero quirúrgico (Figura 1-5) [19].

Figura 1-5: Trocar[5]

En primera instancia, se realiza la incisión con la ayuda del punzón el cual atraviesa la pared abdominal, permitiendo introducir el trocar en su interior (Figura 1-6).

Figura 1-6: Trocar penetrando el peritoneo.

Luego, se extrae la parte cortante del trocar, dejando la cánula que lo recubre para luego utilizarla como vía de acceso para el resto del instrumental quirúrgico. (Figuras 1-7 y 1-8).

Figuras 1-7 y 1-8: Extracción del punzón.

1.3.3.2 Aguja de Veress.

La aguja de Veress se utiliza para puncionar la cavidad abdominal e insuflar a través de ella el CO2. Las agujas están constituidas por una camisa metálica de punta aguda para facilitar el ingreso al abdomen. En su interior posee un vástago retráctil, que es regulada con un resorte que permite que durante la punción esta se retraiga y en el momento de atravesar el abdomen vuelva a su posición original, con lo que la punta queda protegida. Su longitud esta entre 8 y 20 cm (Figura 1-9).

Figura 1-9: Aguja de Veress[6]

1.3.3.3 Retractores.

Los retractores son instrumentos de dimensiones estándar, de 5 o 10 mm de diámetro y 33, 34 o 38 cm de longitud, que son capaces de desplegar sus puntas con el fin de retraer órganos y tejidos para permitir la correcta visualización del campo operatorio (Figura 1-10).

Figura 1-10: Retractor[7]

1.3.3.4 Pinzas de prensión o graspers.

La característica distintiva de estos instrumentos, se debe al diseño del agarre de la punta del instrumento (anillos o cocodrilo, con dientes o sin ellos), que determina el grado de prensión y definen su función específica, su longitud está alrededor de 33 cm (Figuras 1-11 y 1-12).

Figura 1-11: Graspers[8]

Figura 1-12: Tipos de agarre en la punta del grasper [9]

1.3.3.5 Instrumentos para corte y disección.

En este grupo se incluyen los instrumentos quirúrgicos, es decir los disectores, las tijeras, el cauterio unipolar y el cauterio bipolar. Los disectores tienen el extremo romo y se usan para separar tejido sin cortarlo. Las tijeras tienen diferentes formas de mandíbulas, algunas de las cuales poseen un gancho (hook), otras son agudas, romas, rectas o curvas y se utilizan por lo general para cortar estructuras fibrosas (Figura 1-13). El cauterio unipolar es usado para disecar, retraer y cortar con el uso de corriente, permitiendo una coagulación de una superficie más amplia, mientras que el cauterio bipolar tiene una función exclusiva, que consiste en coagular solo entre las mandíbulas del instrumento (Figura 1-14).

Figura 1-13: Tijeras.

Figura 1-14: Cauterio[10]

1.3.3.6 Instrumentos para sutura/ligadura.

Estos instrumentos se utilizan para aproximación de tejidos, fijación de estructuras o realización de suturas. En la actualidad existen múltiples dispositivos que permiten llevar a cabo dichas tareas, entre los más comunes se encuentran los endoclips que son finas láminas metálicas que se aplican dobladas sobre si mismas con el fin de ocluir estructuras tubulares (Figura 1-15).

Figura 1-15: Pistola de endoclips[11]

1.4 SELECCIÓN DE CIRUGÍAS A ESTUDIAR

Se realizó un estudio de las cirugías sobre las cuales se pudiese tener el soporte medico requerido. La colaboración fue brindada en la Fundación Clínica Valle del Lilí de la ciudad de Cali, por medio del Doctor José Pablo Vélez Londoño, jefe del Servicio de Cirugía Mínimamente Invasiva de la Fundación. Dialogando con el Doctor, el comentó que se podría presenciar una colecistectomía y un bypass gástrico dentro del quirófano y tener acceso a algunos videos didácticos de dichas cirugías que ayudarían a la construcción de las consignas. Dada la dificultad de obtener material semejante por otro medio y teniendo en cuenta la popularidad de la práctica de las cirugías mencionadas, se optó por elegir estos dos procedimientos.

A continuación se realiza la descripción de cada cirugía mencionando las características de las patologías que conllevan a que la intervención sea necesaria [20] [21].

1.4.1 Colecistectomía.

La colecistectomía es una intervención quirúrgica consistente en la extirpación y extracción de la vesícula biliar.

La vesícula biliar es un órgano pequeño, en forma de pera, que tiene un longitud aproximada de 8 a 12 cm que varían según la persona. Está ubicada en la superficie inferior del hígado, parcialmente cubierta por éste, y va conectada a él y al intestino mediante unos tubos de poco diámetro denominados conductos biliares (Figura 1-16).

Figura 1-16: Vesícula biliar[12]

Sirve de reserva y almacenamiento para la bilis (liquido de color pardo verdusco, esencial para la digestión de alimentos grasos). Durante y después de una comida, la vesícula se contrae para expulsar la bilis, la cual entra al conducto cístico y luego al conducto principal o colédoco para llegar al intestino (duodeno), y finalmente hacer parte del proceso de digestión. En ocasiones el flujo de la bilis se disminuye o se interrumpe, debido a la presencia de partículas sólidas llamadas cálculos.

La contracción que hace la vesícula biliar para expulsar la bilis se altera cuando existen cálculos en su interior, impidiendo de esta forma la salida de la bilis, y esto a su vez es lo que produce el síntoma de dolor que se ubica en el cuadrante superior derecho del abdomen (boca del estómago e hígado). Al proceso anterior se le denomina colelitiasis.

Además, la presencia de cálculos puede causar inflamación de la pared vesicular, generalmente como resultado de la ubicación de cálculos en el conducto cístico, a lo que se llama colecistitis.

En pacientes con cálculos biliares sin síntomas o molestias y sin complicaciones, la recomendación actual es no operar pero se somete al paciente a dietas rigurosas bajas en grasa, excepto en ciertas poblaciones de pacientes donde la incidencia de cáncer de vesícula es muy alta.

En caso de tener síntomas o presentar complicaciones, la recomendación es realizar un tratamiento quirúrgico llamado colecistectomía.

A pesar del desarrollo de técnicas no quirúrgicas, la colecistectomía es el método más común para tratar distintas patologías de la vesícula biliar. Las opciones quirúrgicas incluyen la colecistectomía laparoscópica y la más antigua e invasiva de colecistectomía abierta.

En la cirugía abierta que se utilizaba anteriormente en forma rutinaria, se hacia una incisión de 20 centímetros en el abdomen, siguiendo el borde de las costillas en el lado derecho. Esta incisión podría ser de mayor tamaño para permitir al cirujano introducir su mano y extraer la vesícula.

1.4.1.2 Colecistectomía laparoscópica.

La colecistectomía laparoscópica es una cirugía abdominal que se realiza bajo anestesia general. En el quirófano, el cirujano por lo general se ubica a la izquierda del paciente, a su lado el encargado del manejo de la cámara y al frente de ellos o a la derecha del paciente se ubican el asistente principal y la enfermera (Figura 1-17).

Figura 1-17: Ubicación en el quirófano[13]

Se hacen 4 pequeñas incisiones, la primera que generalmente mide 10 mm se practica cercana al ombligo y las tres restantes, denominadas puertos, en la parte superior derecha del abdomen, con medidas que varían entre 5 y 10 mm.

Por la primera incisión se introduce el laparoscopio y se realiza la insuflación, las dos incisiones ubicadas a la derecha del abdomen miden 5 mm y se utilizan para meter pinzas con el fin de mover el hígado, la vesícula y sus conductos para dar mayor visibilidad, por la cuarta incisión que varia de 5 a 10 mm se introducen los instrumentos para cortar, disecar y coagular durante la intervención. (Figura 1-18).

Los movimientos que presenta al interior del abdomen el instrumento que va por esta cuarta incisión serán los que se analicen para obtener las consignas quirúrgicas para el robot PUMA.

Figura 1-18: Colecistectomía laparoscópica[14]

En ocasiones, durante la cirugía laparoscópica, se puede encontrar inflamación severa, presencia de adherencias ó cicatrices de cirugías previas o algún otro problema que dificulte la realización de la cirugía utilizando esta técnica y puede ser necesario técnica abierta. Esto sucede en menos del 3% de los pacientes, sin embargo todos los pacientes que se someten a esta cirugía deben ser consientes de que existe esta posibilidad, la cual no es considerada como una complicación de la cirugía.

La colecistectomía laparoscópica tiene grandes ventajas sobre la cirugía abierta. Por tratarse de incisiones pequeñas, el dolor en el postoperatorio es mínimo comparado con el dolor producido por la incisión de la cirugía abierta. Esto le permite al paciente salir del hospital el mismo día de la cirugía o al día siguiente, y regresar a sus actividades normales en forma rápida. Desde el punto de vista estético las ventajas son notorias, pues se evitan cicatrices grandes en el abdomen.

La técnica laparoscópica de la colecistectomía y sus pasos en detalle, se analizarán en el siguiente capitulo.

1.4.2 Bypass gástrico.

La obesidad es una enfermedad crónica compleja cuya frecuencia esta en aumento, debido al reiterado fracaso que presentan los pacientes ante cualquier intento de pérdida de peso por métodos tradicionales, ya sean dietéticos o farmacológicos. El bypass gástrico representa una buena alternativa de tratamiento para un grupo seleccionado de pacientes obesos, y la vía de abordaje laparoscópica aparece atractiva por los potenciales beneficios que ofrece [22].

Hasta hace algún tiempo, la gente consideraba que el someterse a una técnica quirúrgica tan compleja, era una medida excesiva ante un problema que aparentemente no recubría mayor importancia. La posibilidad de realizar esta técnica mediante un abordaje laparoscópico ha mejorado su aceptación por parte de los médicos y pacientes al tiempo que ha permitido disminuir la morbilidad, estancia, traumas postoperatorios y costes, convirtiéndose en uno de los procedimientos quirúrgicos más populares [23].

La cirugía de bypass gástrico consiste en cortar y grapar el estomago con el fin de crear un nuevo y pequeño estomago que permite que el paciente se sienta satisfecho con cantidades reducidas de alimentos, además de esto, se conecta el intestino directamente al nuevo estomago con el fin de alterar la absorción y tolerancia de los alimentos y producir perdidas de peso significativas.

1.4.2.1 Preparación y posición del paciente en el quirófano y distribución del pabellón quirúrgico.

La premedicación del paciente consta de anestesia general. Dado el peso de estos pacientes se debe tener seguridad en que la mesa del quirófano sea la adecuada. El paciente se coloca en una posición donde el cuerpo descansa sobre la espalda, posición que es llamada decúbito supino, con brazos extendidos y perneras [23], ver Figura 1-19.

Figura 1-19: Posición del paciente en el quirófano[15]

La cabeza y el tronco se sobre elevan ligeramente, vigilando zonas de apoyo para evitar lesiones articulares o nerviosas.

Generalmente, en esta cirugía el pabellón quirúrgico utiliza dos monitores, uno a cada lado de la cabecera del paciente. El cirujano se ubica a la derecha del paciente, el ayudante a la izquierda y el asistente de instrumentos a la derecha del cirujano, ver Figura 1-20.

Figura 1-20: Distribución del equipo quirúrgico en el pabellón[16]

Esta distribución puede modificarse, por comodidad del cirujano donde los monitores se encuentran en la parte inferior del quirófano y la enfermera instrumentista se posiciona en medio de las piernas del paciente ver Figura 1-21 [24].

Figura 1-21: Posiciones de los miembros del equipo quirúrgico[17]

En la Figura 1-21 se observa el asistente de anestesia en la parte superior y un nuevo asistente de cirujano.

1.4.2.2 Técnica laparoscópica.

Después de realizar el nuemoperitoneo, se procede a colocar y distribuir los trocares en la pared abdominal. En general se utilizan 6 trocares, dos de 12 mm en línea media clavicular izquierda y derecha, es decir la intersección de la línea C con las líneas A y B, ver Figura 1-22, Lugares por donde trabaja prioritariamente el cirujano y por donde entran engrapadora y electrocauterio. Dos trocares de 5mm en ambos flancos el derecho para retractor hepático y el izquierdo para el ayudante, ver zonas 4 y 6 en la Figura 1-22, y Finalmente otros 2 trocares de 10mm subxifoideo y periumbilical para la introducción de la óptica en uno u otro según las necesidades [23], ver zona 2 y 5 en Figura 1-22. La distribución final de los trocares se observa en la Figura 1-23.

Figura 1-22: Líneas anatómicas de abdomen[18]

Figura 1-23: Distribución de los trocares en Bypass Laparoscópico[19]

Para el desarrollo del proyecto los trocares que representaran la restricción del antebrazo del robot PUMA, serán los dos trocares de 12mm en las posiciones medias claviculares, intersección línea C con A y B en la Figura 1-22. De esta forma al encontrar el diámetro de trabajo del elemento final del robot para el bypass gástrico laparoscópico, el robot deberá tener en cuenta que el procedimiento tiene una restricción circular de 6mm de radio en el momento que el antebrazo pasa por el trocar.

Para encontrar el espacio de trabajo del elemento final, se debe conocer en detalle los pasos que se realizan en el bypass, básicamente la técnica se divide en tres etapas, una primera etapa donde se realiza un corte en la parte superior del estomago, que tiene como objetivo crear un estomago mas pequeño, que se denomina confección del reservorio gástrico, una segunda etapa donde se corta el intestino delgado para que luego se una el nuevo reservorio, esta segunda etapa se denomina sección asa yeyunal, y finalmente una etapa que es conocida como anastomosis, la cual consiste en unir o pegar el nuevo estomago con el intestino delgado.

Estas etapas se describen con mayor detalle en el segundo capitulo donde se obtienen las trayectorias o consignas deseadas del procedimiento quirúrgico.

Construcción gráfica de las consignas

2.1 INTRODUCCIÓN

El entrenamiento habitual de estudiantes de medicina y cirujanos en técnicas y procedimientos quirúrgicos se ha venido realizando hasta la actualidad, en cadáveres, animales o en intervenciones reales guiadas por expertos. La utilización de cadáveres y animales representa un alto coste de mantenimiento además de problemas éticos, y el aprendizaje mediante la supervisión de un experto en una cirugía real, representa inconvenientes debido al reducido numero de veces que el cirujano puede practicar una técnica, respecto a la diversidad de patologías con las que el profesional puede llegar a enfrentarse [25].

Todo esto confiere grandes ventajas a los sistemas de simulación quirúrgica frente a los métodos tradicionales, ya que estos permiten [26]:

• Reducir costes.

• Proveer experiencia al medico cirujano.

• Permitir la posibilidad de repetir los procedimientos quirúrgicos tantas veces como sea necesario hasta su correcto aprendizaje.

• Permitir mejorar el conocimiento y destreza en procedimientos complejos.

Los simuladores intentan proporcionar una instrucción válida a los cirujanos para que se familiaricen con determinadas técnicas. Al menos teóricamente, el entrenamiento con simuladores conduce a un mejor funcionamiento en las intervenciones reales.

El objetivo de la construcción de consignas o trayectorias de procedimientos quirúrgicos, representa gran utilidad en el sistema de simulación quirúrgica, ya que este modulo de aprendizaje le proporciona una guía al cirujano, que permita analizar entre otras, las longitudes de las trayectorias, suavidad de los movimientos y tiempo empleado, es decir determinar en que grado los movimientos son fluidos o erráticos.

Generalmente este tipo de entrenamiento el cirujano lo realiza por medio de un joystick, y observando el procedimiento en una interfaz grafica, ver Figura 2-1.

Figura 2-1: Esquema de un sistema de simulación quirúrgico a) Modulo entrenamiento b) Modulo de visualización[20]

La construcción de consignas quirúrgicas además permite evaluar el comportamiento de sistemas robóticos en bloques operatorios, dejando establecidas tareas quirúrgicas que midan su capacidad ante las restricciones de trabajo en este tipo de entornos.

Es claro que el aporte de estas consignas en este proyecto, inicia un largo camino de investigación en el campo de la robótica médica, y más exactamente en cuanto a una futura construcción de un sistema de simulación quirúrgico, línea en la que el grupo de investigación de Automática industrial ya adelanta algunos proyectos.

Para definir claramente los posibles movimientos o trayectorias a seguir por el robot PUMA en las cirugías descritas en el primer capitulo a través del procedimiento laparoscópico, es necesario identificar de manera detallada la(s) etapa(s) de la cirugía a realizar. Cada etapa representa una serie de movimientos específicos para realizar una tarea particular, la idea es establecer cada movimiento en el espacio, teniendo en cuenta la técnica utilizada en el procedimiento quirúrgico.

Se debe aclarar que las consignas a obtener son una aproximación del movimiento real que se realiza, esta aproximación se origina debido a los inconvenientes visuales que no permiten obtener una representación grafica real del movimiento, y además por que las consignas están diseñadas bajo el criterio y experiencia de un medico cirujano. Esta subjetividad no permite generar una consigna con movimientos reales.

Pero la aproximación de los movimientos obtenidos en cada procedimiento quirúrgico permitirá tener una base para un futuro entrenamiento de sistemas de simulación quirúrgicos, además de analizar si un determinado robot realiza las consignas teniendo en cuenta el entorno de un bloque operatorio y las restricciones que esto implica.

La elaboración de las consignas será realizada tomando como referencia el video de cada cirugía. Los videos de las cirugías fueron adquiridos en la Clínica Valle de Lilí, por medio del medico cirujano José Pablo Vélez. Es evidente que un video no brinda información suficiente para representar y construir las consignas en el espacio, puesto que éste solo ofrece información en dos dimensiones, adicionalmente existe el inconveniente con la cámara, ya que el constante movimiento de ésta no permite mantener un punto de referencia fijo que permita deducir el movimiento en un tercer eje.

Para solucionar dicho problema, se acudió a Blender, un software de libre circulación que permite enlazar el video, para trabajar en un mundo tridimensional teniendo como base una imagen bidimensional. Blender además permite exportar los datos obtenidos a Matlab, que es el software de solución para este proyecto. Con esta herramienta y una gran cantidad de información sobre las cirugías, cada uno de los órganos involucrados en ellas y principalmente con la ayuda de un médico cirujano, quien basado en su experiencia, proporcionó datos detallados de dimensiones de órganos, espacios y movimientos dentro de la cavidad abdominal, se da inicio a la construcción de las consignas. Los conceptos anteriormente mencionados fueron suministrados por el médico cirujano Jair Cerón Lazo, egresado de la Facultad de Ciencias de la Salud de la Universidad del Cauca.