Desarrollo de un modelo generalizado para realimentación de fuerza y torque en cirugía cardiotorácica robótica mínimamente invasiva: determinación de condiciones y restricciones

Abstract

Los procedimientos de cirugía cardiotorácica mínimamente invasiva (MICS, su sigla en Inglés) buscan reducir las complicaciones de las grandes disecciones. No obstante, ante la falta de contacto directo con el tejido por parte del cirujano, éste recibe una sensación parcial de tacto y fuerza, lo que puede originar errores de procedimiento, inadecuada fuerza aplicada al tejido y fatiga durante el acto quirúrgico. La inclusión de dispositivos robóticos con la técnica MICS ha potencializado las habilidades del cirujano para la manipulación de los tejidos, y aunque los desarrollos del mercado no cuentan aún con retroalimentación táctil, se trabaja en prototipos robóticos que incorporan realimentación de fuerza y torque. Objetivo: Proponer las condiciones y restricciones relacionadas con la incorporación de realimentación de fuerza y torque en MICS robótica, aplicables a diferentes configuraciones de manipuladores, y analizar la implementación de dichas condiciones en un simulador quirúrgico. Material y métodos: Partiendo del análisis de necesidades durante procedimientos cardiotorácicos y las condiciones de cirugía mínimamente invasiva, se identificaron los requerimientos para garantizar reflexión de fuerza y se realizó un análisis matemático de dichas consideraciones. Finalmente, se verificaron los análisis matemáticos mediante técnicas de modelización y simulación utilizando la plataforma computacional Matlab®. Resultados: Se argumentaron tres tipos de consideraciones: a) Cinemático: la existencia de un punto fijo, las formas de garantizarlo durante procedimientos MICS robóticos, y las trayectorias de movimiento que el manipulador sigue en aplicaciones de cirugía cardiotorácica; b) Dinámico: la repercusión de fuerzas externas en el manipulador y la manera de considerarlas en el desarrollo de controladores que permitan al cirujano percibir una sensación de contacto con el tejido; c) Sensorial: requerimientos de los sensores de fuerza y relación necesaria entre el número de sensores y actuadores para realimentar fuerza en MICS robótica. Posteriormente se implementaron dichas consideraciones en un simulador y se verificó el cumplimiento de las mismas. Conclusiones: Las condiciones relacionadas con la incorporación de un sensor de fuerza y la percepción del cirujano en cuanto al tacto y la fuerza aplicada, resultan ser importantes en procedimientos de MICS robótica y requiere la inclusión de un sistema de control que permita la optimización de procedimientos por telepresencia.

Keywords

• cirugía mínimamente invasiva
• cirugía robótica cardiotorácica