Robotica aplicada a la medicina

Resumen

En este documento empezaremos hablando sobre la robótica, y una de sus aplicaciones mas importantes en la actualidad como lo es la medicina y lo importante que ha resultado la unión de estas dos áreas; además los campos de aplicación más importante de la robótica en la medicina como lo son: la asistencia a pacientes y la asistencia a médicos.

Index Terms—robótica, medicina, robot, suit hal, armeo spring, human support robot, da vinci, zeus.

INTRODUCCION

La robótica está basada en el diseño de sistemas, fabricación y máquinas programables, con el propósito de realizar tareas repetitivas, a su vez es una ciencia que se ocupa del desarrollo y aplicaciones de los robots; así como también uno de los principales partícipes en la mejora de la salud y recuperación de pacientes [1].

En el campo de la medicina la robótica presidido en el desarrollo de dos áreas específicas: la asistencia a pacientes y la asistencia a médicos [2]. En el área de asistencia a pacientes posee dos sub-áreas como lo son: la primera son los dispositivos encaminados a la rehabilitación de los pacientes, es decir, herramientas temporales (robots para terapia física y ocupacional); la segunda son los dispositivos dirigidos a ayudar de manera permanente a personas discapacitadas o de la tercera edad, como lo son prótesis, asistentes personales, electro-estimulación. En cuanto a los robots para asistencia a los médicos, se encuentran los robots diseñados para cirugía, exploración, diagnóstico y terapia [3].

Como se puede ver los campos de aplicación de la robótica en la medicina son muy extensos y complejos. En este artículo se expondrá el desarrollo de las dos áreas mencionadas anteriormente descritas.

En la sección II se desarrolla la asistencia a pacientes, y en la sección III se desarrolla la asistencia a médicos. Finalmente la sección IV presenta las conclusiones.

LA ASISTENCIA A PACIENTES

Dentro de esta sección II, encontraremos dos sub-áreas las cuales se redactarán en la subsección II-A, y en la subsección II-B, la cual está basada en los avances tecnológicos en la robótica posibilitando el diseño y construcción de robots asistenciales para personas discapacitadas [4].

II-. DISPOSITIVOS ENCAMINADOS A LA REHABILITACIÓN DE PACIENTES

Es una agrupación de métodos dirigidos a asistir a personas para alcanzar un completo estado físico, psicológico, vocacional, social y educacional compatible; en este campo encontraremos lo que son robots para terapia física y ocupacional [4]. Un propósito primordial de la robótica en la rehabilitación es restablecer total o parcialmente la función manipulado del discapacitado y a las personas mayores [3], [5].

Dentro de este campo encontramos lo que es el exoesqueleto Lokomat, que se muestra en la figura 1, ayuda a la rehabilitación de personas con parálisis cerebral, limitaciones físicas o con problemas neurológicos [6].

Figura 1. Exoesqueleto «Lokomat», rehabilitación física para adultos y niños [6].

La robótica en terapia ocupacional se encuentran en un inmenso avance en cuanto a la rehabilitación y lesiones neuromotoras, en este campo encontramos lo que es el robot suit hal, the armeo spring, human support robot (HSR) [7].

II-A1. ROBOT SUIT HAL

Diseñado para ayudar a personas con impedimentos físicos para moverse, ayudando a complementar, ampliar y mejorar la capacidad física; compuesta básicamente de un exoesqueleto, unidades de potencia, controlador principal y sistema de detección como se muestra en la figura 2. Su funcionamiento está basado en el envío de bioseñales muy débiles desde su cerebro a los músculos para los movimientos a través de los nervios [8].

Figura 2. a) Panorámica de traje robot SUIT HAL, b) Paciente caminado con SUIT HAL [8].

II-A2. THE ARMEO SPRING

El Armeo Spring es un dispositivo dirigido a pacientes con esclerosis múltiple, ayuda a la rehabilitación de extremidades superiores que provee de un soporte anti-gravedad graduable al brazo y antebrazo, como se muestra en la figura 3 [9].

Figura 3. Dispositivo The Armeo Spring [9].

Ayudan la reorganización gradual del cerebro, lo que per-mite posteriormente la restauración de movimiento y funcionalidad; los ejercicios de motivación y auto-iniciado incluyen componentes proximales y espaciados como: agarrar y soltar, flexión de la muñeca y extensión [10].

II-A3. HUMAN SUPPORT ROBOT (HSR)

Como su nombre lo indica es un robot de apoyo humano para de personas con una limitada movilidad de sus extremidades, ya sean estos brazos o piernas. En la figura 4 se observa al human support robot [11].

Figura 4. Human Support Robot (HSR) [11].

Este robot cumple con varias características, el cual hacen posible su desenvolvimiento dentro de un entorno familiar [12].

• 1. Posee una interfaz discreta, es decir operable con comando de voz [12].

• 2. Ligero y maniobrable; se puede adaptar a varios entornos familiares y realizar tareas domésticas [12].

• 3. Interacción segura, capaz de evitar obstáculos y detección de colisiones [12].

II-B. DISPOSITIVOS DIRIGIDOS AYUDAR DE MANERA PERMANENTE

El reemplazo por pérdida de miembros humanos causados por distintos artilugios naturales es una que con el tiempo los diferentes campos de la robótica campos de la robótica, en peculiar biónica, han aportado al ser humano extremidades suplementarias que han ido perfeccionando [13].

Existen diferentes tipos de prótesis: mioeléctricas, eléctricas, neumáticas, mecánicas, e híbridas [13].

II-B1. PROTESIS MIOLECTRICAS

Son prótesis controladas por medio de un poder externo, es decir impulsos musculares, utilizando la correspondiente propiedad eléctrica de los músculos [13].

Una de sus prótesis comerciales es MYOHAND que se muestra en la figura 5, tiene fuerza de agarre y velocidad, que puede afianzar objetos rápidamente y con precisión, genera una fuerza de agarre de hasta 100N [13].

Figura 5. a) Prótesis MYOHAND , b) funcionamiento de flexión y extensión [13], [14].

II-B2. ASISTENTES PERSONALES

En esta área pueden considerarse aquellos con la capacidad de convivir y realizar tareas que influyan en su forma de vida, es decir forman parte de los robots de servicios, tales como domésticos, entretenimiento, etc. [15]. Dentro de los robots domésticos encontramos el robot ASIBOT el cual se muestra en la figura 6, diseñado para cooperar en diferentes actividades como dar de beber agua, dar de comer, manejar un cepillo de dientes eléctrico, como se muestra en la figura 7, además permite acercar, coger y mover utensilio utilizados en la vida cotidiana del ser humano con discapacidad [16].

Figura 6. Robot ASIBOT [16].

Figura 7. Asistenia de robot ASIBOT [16].

LA ASISTENCIA A MEDICOS

El desarrollo de nuevas tecnologías es una revolución que ha beneficiado tanto a pacientes como a médicos, donde este tipo de tecnologías posibilitan al médico una imagen concreta o área que se va a intervenir, asi como también llegar a lugares donde la mano humano no puede llegar [17].

Existen varias ventajas para el médico [17].

• 1. Tiene una mejor visión, ya que permite al médico cirujano observa una imagen nítida y en tercera dimensión [17].

• 2. Mayor precisión y rango de movimientos, es decir elimina el temblor de la mano, tiene la capacidad de realizar movimientos más finos y facilitar las técnicas de saturación [17].

• 3. La recuperación del paciente es mucho más rápida, y reduce la impresión de la operación [17].

En cuanto a las cirugías que se pueden realizar usando este método son: laparoscópica o mínimamente invasiva, ginecológica, laparoscópica [17].

III-A. ROBOT DA VINCI

Equipo de cirugía desarrollado por la empresa norteamericana Intuitive Surgical, proporciona a los médicos cirujanos una alternativa a la cirugía abierta como lo es laparoscopia [17].

Está compuesto por tres componentes conectados formando una red, una consola para la interacción con el cirujano, un banco situado junto al paciente que posee hasta cuatro brazos robóticos interactivos e instrumental quirúrgico de cambio rápido, y un sistema de visualización en tercera dimensión de alta definición, como se muestra en la figura 8 [18].

Los beneficios que proporciona el robot DA VINCI son [18]:

• Una menor pérdida de sangre y eminente reducción del dolor [18].

• Periodo de recuperación más corto y no deja secuela de cicatrices [18].

Figura 8. Robot DA VINCI [17].

III-B. ROBOT ZEUS

Sistema quirúrgico robótico que está compuesto por dos subsistemas, los cuales son llamados: lado del cirujano y el lado del paciente [19].

En el primer subsistema al lado del cirujano existe una con-sola de manipulación por parte del médico, mientras tanto en el subsistema del lado del paciente incluyen brazos robóticos, en la figura 9 se muestra el equipo completo del robot ZEUS [19].

Figura 9. Robot Zeus y subsistemas consola del médico y brazos robóticos en el lado del paciente [19].

El estudio de la robótica para la cirugía cardíaca es un progreso muy importante en el campo. Diseñado para dar al médico una exactitud mayor en el desempeño de intervenciones micro-quirúrgicas [20].

CONCLUSIONES

Este ensayo está basado en conocer el avance científico que ha tenido durante los últimos años la robótica y que se ha ido implementado en la vida del ser humano, específicamente en el campo de la medicina generando un cambio en la vida de personas de tercera edad y discapacitadas, obteniendo una medicina de mejor calidad.

Gracias a los avances tecnológicos en la robótica podemos decir que disfrutamos de nuevas herramientas como para rehabilitaciones físicas menos costosas, prótesis, e intervenciones quirúrgicas perfectas.

Indiscutiblemente todos estos métodos van a permitir al ser humano tener ventajas en tratamiento complicados y asi las investigaciones en la robótica aplicada a la medicina siga evolucionando.

REFERENCIAS

[1] Oscar Andrés Vivas Albán, "Aplicaciones De La Robótica Al Campo De La Medicina," tech. rep., Universidad del Cauca, Popayán, Colombia, 2007.

[2] H. M. Díaz, "Introducción a la robótica," 2004.

[3] P. Dario, E. Guglielmelli, B. Allotta, S. Superiore, and S. Anna, "Robotics in Medicine," Intelligent Robots and Systems "94. "Advanced Robotic Systems and the Real World", IROS "94. Proceedings of the IEEE/RSJ/GI International Conference on, vol. 2, pp. 739 – 752, 1994.

[4] R. Barea, "Robótica médica."

[5] I. Robotics and A. Magazine, "The authors review the most important past and ongoing research projects in," Robotics & Automation Magazine, IEEE, vol. 3, no. September, p. 3, 1996.

[6] A. M. C. Paredes, "hexoesqueleto-mecanico," 2014.

[7] T. Kawabata, H. Satoh, and Y. Sankai, "Working posture control of robot suit HAL for reducing structural stress," 2009 IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics, ROBIO 2009, pp. 2013–2018, 2009.

[8] H. Kawamoto, H. Kandone, T. Sakurai, R. Ariyasu, Y. Ueno, K. Eguchi, and Y. Sankai, "Development of an Assist Controller with Robot Suit HAL for Hemiplegic Patients Using Motion Data on the Unaffected Side," pp. 3077–3080, 2014.

[9] J. Zariffa, N. Kapadia, J. L. K. Kramer, P. Taylor, M. Alizadeh-Meghrazi, V. Zivanovic, R. Willms, a. Townson, a. Curt, M. R. Popovic, and J. D. Steeves, "Feasibility and efficacy of upper limb robotic rehabilitation in a subacute cervical spinal cord injury population," Spinal Cord, vol. 50, pp. 220–226, 2012.

[10] J. Zariffa, N. Kapadia, J. L. K. Kramer, P. Taylor, M. Alizadeh-Meghrazi, V. Zivanovic, U. Albisser, R. Willms, A. Townson, A. Curt, M. R. Popovic, and J. D. Steeves, "Relationship between clinical assessments of function and measurements from an upper-limb robotic rehabilitation device in cervical spinal cord injury," IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering, vol. 20, no. 3, pp. 341–350, 2012.

[11] H. Yaguchi, K. Sato, M. Kojima, K. Sogen, and Y. Takaoka, "Development of 3D viewer based teleoperation nterface for Human SupportRobot HSR," pp. 1–12, 2014.

[12] T. City, "TMC Develops Independent Home-living-assistance Robot Prototype," pp. 1–2, 2012. [13] L. Puglisi and H. Moreno, "Prótesis Robóticas," Departamento de Automática, Ingeniería electrónica e Informática Industrial, pp. 1–10,

2007.

[14] U. L. Amputee, "Upper Limb Amputee," pp. 983–987, 2008.

[15] R. Aracil, C. Balaguer, and M. Armada, "Robots de servicio," Revista Iberoamericana de Automática e Informática Industrial RIAI, vol. 5, pp. 6–13, 2008.

[16] A. J. Huete, J. G. Victores, S. Martínez, A. Giménez, and C. Balaguer, "Personal autonomy rehabilitation in home environments by a portable assistive robot," IEEE Transactions on Systems, Man and Cybernetics Part C: Applications and Reviews, vol. 42, no. 4, pp. 561–570, 2012.

[17] Cuevas Rosales Maria del Socorro, "uso-robotica-y-tecnologias-cirugiasalto-riesgo," tech. rep., BENEMERITA UNIVERSIDAD AUTONOMA DE PUEBLA, Puebla. México, 2011.

[18] H. Villavicencio Mavrich, "Cirugía laparoscópica avanzada robótica Da Vinci: origen, aplicación clínica actual en Urología y su comparación con la cirugía abierta y laparoscópica," Actas Urológicas Españolas, vol. 30, pp. 1–12, 2006.

[19] J. Marescaux and F. Rubino, "The ZEUS robotic system: Experimental and clinical applications," Surgical Clinics of North America, vol. 83, pp. 1305–1315, 2003.

[20] A. C. Ramos, "Cirugía robótica," vol. 25, 2003.

Autor:

Felipe Leonardo Pineda Pineda

Universidad Politécnica Salesiana, Sede Cuenca

Electrónica Analógica II