Tele-operación de un robot médico utilizando un guante de realidad virtual y sistema de reconocimiento facial basado en visión artificial

PROYECTO PROMEP
FE04/2010 (103.5/09/7342)

Responsable Técnico: Dr. Otniel Portillo Rodríguez

Introducción

La capacidad de los sistemas robóticos para interaccionar en campos tan diversos como la producción industrial, la inspección y el control de calidad, la automatización, la exploración, los servicios, el rescate, la vigilancia, y últimamente la medicina y los cuidados de la salud, ha hecho de estos sistemas sujetos de estudio y de investigación desde diferentes puntos de vista. Históricamente, los robots han sido usados para automatizar o mejorar procesos discretos como pintar un automóvil o soldar circuitos electrónicos, esto ha repercutido en la economía ya que los robots han llegado a ser parte esencial en el proceso de integración de las computadoras en los grandes procesos de producción o servicio.

Los robots médicos tienen el mismo potencial de cambio en el terreno de la medicina, integrando procesos basados en computadora que incluyan, entre otros aspectos, diagnóstico, planeación pre-operatoria, cuidado pre y post-operatorio, asignación de personal y material médico dentro del hospital y control de calidad del servicio. Dentro de este contexto, los robots médicos pueden ser vistos como “herramientas quirúrgicas inteligentes” que permiten a los cirujanos mejorar su rendimiento, con más seguridad y menos morbilidad. Por lo anterior, se ha considerado que los sistemas robóticos médicos (SRM) tienen tanto potencial para la salud como los sistemas de manufactura integrados lo han tenido para la producción industrial.

Los SRM ayudan a mejorar significativamente las capacidades técnicas de los cirujanos, haciendo por una parte, más exactos, veloces y menos invasivos los procedimientos existentes y  por otra, permiten realizar operaciones que no podrían realizarse sin ellos. Otra ventaja de estos sistemas es su capacidad de grabar o almacenar los movimientos del sistema cuando se está realizando una operación; dicha información valiosa puede repercutir en la disminución de la mortalidad y morbilidad y evitar posibles errores hechos en cirugías; además, es posible usar análisis estadísticos para comparar los procedimientos quirúrgicos y así entender cuales son las variables más importantes a controlar de tal manera que sea posible realizar intervenciones más seguras y eficaces. Esta información también es útil para el entrenamiento, la valoración de habilidades y la certificación de nuevos cirujanos.

La cirugía es un proceso altamente interactivo y muchas decisiones son tomadas en el cuarto de operación. El objetivo de un SRM no es reemplazar al cirujano, si no proveerle nuevas herramientas que incrementen sus habilidades para tratar a sus pacientes. Así, un SRM es un sistema que coopera activamente con el cirujano. Una clase particular de estos sistemas son los SRM remotos.

En esta propuesta se propone identificar una interfaz de alto rendimiento o una configuración de interfaces que permitan controlar un SRM remoto en todas sus configuraciones posibles dentro de su espacio de trabajo, además de reproducir la sensación de tele-presencia para que el cirujano pueda percibir no sólo la información visual del sistema remoto, si no también que escuche y sienta lo que sucede a nivel del efector final del SRM remoto. El estudio se realizará sobre la plataforma robótica TERMI (Tele-Ecografía Robotizada de los Miembros Inferiores), que es un SRM desarrollado en el Cuerpo Académico Dinámica de Sistemas y Control (CA-DSC) en la Facultad de Ingeniería de la Universidad Autónoma del Estado de México (FI-UAEMex). Este sistema será tele-operado usando diferentes tipos de interfaces tales como un joystick no actuado, un joystick con retroalimentación de fuerza, un guante de realidad virtual, un guante de realidad virtual con sistema vibrotáctil y un sistema de reconocimiento de gestos basado en visión computacional.

Objetivos

General

Determinar entre diferentes interfaces y paradigmas de interacción para la tele-operación de un robot para exámenes de ecografía, la configuración con mejor desempeño.

Específicos

• Desarrollar y evaluar un sistema maestro basado en joystick con retroalimentación de fuerza para controlar los 4 GDL del sistema TERMI.
• Desarrollar y evaluar un guante de realidad virtual que adquiera la posición, orientación y configuración de la mano del médico al realizar un examen de ecografía.
• Estudiar y evaluar los tipos de gestos de la mano (movimientos, posiciones, configuraciones) y de las expresiones faciales del médico, con el propósito de comandar el sistema TERMI.
• Desarrollar y evaluar un sistema de retroalimentación vibrotáctil para reproducir pistas sensoriales con el propósito de suplir la retroalimentación de fuerza.
• Acoplar el sistema de retroalimentación vibrótáctil en los sistemas desarrollados previamente (joystick, guante y sistema de reconocimientos de gestos) con el propósito de evaluar y determinar cuál es la configuración con mejor desempeño para el control del sistema TERMI.