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Investigadores de la Universidad Politécnica de Catalunya desarrollan un sistema robótico de visión para intervenciones laparoscópicas, único en el mundo.
Los movimientos de la cámara se basan en las imágenes endoscópicas que identifican los puntos relevantes de la escena y las herramientas del cirujano
30/03/1996
Investigadores del Departamento de Ingeniería de Sistemas, Automática e Informática Industrial de la UPC, encabezados por el catedrático Josep Amat y por un equipo de investigadores del Centro Quirúrgico Sant Andrià de Barcelona, bajo la dirección del doctor y cirujano Enric Laporte, han desarrollado un brazo robótico que sigue una imagen seleccionada en una intervención laparoscópica. El objetivo del proyecto es automatizar el seguimiento de la imagen dentro de la zona operativa bajo la supervisión del mismo cirujano. Mediante el procesamiento de la imagen, este sistema puede reconocer lo más relevante de la escena, seguirlo y generar órdenes de control para los movimientos robotizados de la cámara hacia las zonas de interés.
Este sistema pretende mejorar los sistemas de estabilización de la imagen necesarios en las operaciones laparoscópicas. En las intervenciones en que un asistente guía la cámara existen problemas de precisión y coordinación, además de cansancio del ayudante y del cirujano. Por otra parte, el sistema robotizado diseñado en la UPC mejora el funcionamiento de los sistemas de movimiento de cámara controlados por el mismo cirujano; éstos funcionan mediante un pedal, con órdenes de tipo oral o con el movimiento de la cabeza.
ESTRUCTURA DEL SISTEMA
El robot toma el soporte de la cámara y del sistema de control que la mueve. Los movimientos de la cámara se controlan mediante los objetivos elaborados por el sistema de procesamiento de imagen al centralizar la escena de acuerdo con las indicaciones de la operación dadas por el cirujano.
La eficacia del sistema reside en la estrategia de investigación de la escena utilizada por tener continuamente la imagen visualizada en la zona de interés, que puede ser las herramientas del cirujano o cualquier elemento relevante. Asimismo, y para evitar movimientos de cámara demasiado precisos, que producirían cansancio al cirujano, los elementos que aparecen en la escena tienen que ser adecuadamente filtrados.
SISTEMA DE SEGUIMIENTO AUTOMÁTICO BASADO EN LA VISIÓN
Debido a que el sistema tiene que identificar de forma rápida las herramientas o elementos seleccionados, éste extrae de los elementos unos pocos parámetros que permiten su rápida identificación. Estas características son invariables respecto a la posición, la orientación o los cambios de imagen que ofrece el zoom. Las características de la imagen que identifica el sistema son las líneas que se consideren rectas, con una largura de más de 8 píxels i con una dispersión de ±1 píxel.
CONDUCTA DE SEGUIMIENTO
El seguimiento del elemento selecionado se realiza mediante un filtro que selecciona el exceso de movimientos que cansarían al cirujano. En algunos casos, por ejemplo, la cámara tiene que permanecer quieta, por lo que se ha implementado un supervisor que determina automáticamente el comportamiento que debe seguir. Este comportamiento puede ser de tres tipos:
- observación fija
- seguimiento del elemento seleccionado
- aproximación y alejamiento
Cuando las condiciones de la operación no requieren el seguimiento de las herramientas, el cirujano puede fijar el brazo en un punto o estabilizar la imagen respecto a un elemento de la escena. En este caso, si la escena contiene elementos suficientemente relevantes, es reconocida por la extracción de características concretas.
Por otra parte, para reducir el tiempo de identificación de los elementos relevantes, se ha desarrollado una pantalla que contiene dos estadios de procesamiento, de forma que un filtro descarta los píxels que están fuera del marco referencial y que, de esta manera, ya no son procesados por el software.
1996-03-30
Este sistema pretende mejorar los sistemas de estabilización de la imagen necesarios en las operaciones laparoscópicas. En las intervenciones en que un asistente guía la cámara existen problemas de precisión y coordinación, además de cansancio del ayudante y del cirujano. Por otra parte, el sistema robotizado diseñado en la UPC mejora el funcionamiento de los sistemas de movimiento de cámara controlados por el mismo cirujano; éstos funcionan mediante un pedal, con órdenes de tipo oral o con el movimiento de la cabeza.
ESTRUCTURA DEL SISTEMA
El robot toma el soporte de la cámara y del sistema de control que la mueve. Los movimientos de la cámara se controlan mediante los objetivos elaborados por el sistema de procesamiento de imagen al centralizar la escena de acuerdo con las indicaciones de la operación dadas por el cirujano.
La eficacia del sistema reside en la estrategia de investigación de la escena utilizada por tener continuamente la imagen visualizada en la zona de interés, que puede ser las herramientas del cirujano o cualquier elemento relevante. Asimismo, y para evitar movimientos de cámara demasiado precisos, que producirían cansancio al cirujano, los elementos que aparecen en la escena tienen que ser adecuadamente filtrados.
SISTEMA DE SEGUIMIENTO AUTOMÁTICO BASADO EN LA VISIÓN
Debido a que el sistema tiene que identificar de forma rápida las herramientas o elementos seleccionados, éste extrae de los elementos unos pocos parámetros que permiten su rápida identificación. Estas características son invariables respecto a la posición, la orientación o los cambios de imagen que ofrece el zoom. Las características de la imagen que identifica el sistema son las líneas que se consideren rectas, con una largura de más de 8 píxels i con una dispersión de ±1 píxel.
CONDUCTA DE SEGUIMIENTO
El seguimiento del elemento selecionado se realiza mediante un filtro que selecciona el exceso de movimientos que cansarían al cirujano. En algunos casos, por ejemplo, la cámara tiene que permanecer quieta, por lo que se ha implementado un supervisor que determina automáticamente el comportamiento que debe seguir. Este comportamiento puede ser de tres tipos:
- observación fija
- seguimiento del elemento seleccionado
- aproximación y alejamiento
Cuando las condiciones de la operación no requieren el seguimiento de las herramientas, el cirujano puede fijar el brazo en un punto o estabilizar la imagen respecto a un elemento de la escena. En este caso, si la escena contiene elementos suficientemente relevantes, es reconocida por la extracción de características concretas.
Por otra parte, para reducir el tiempo de identificación de los elementos relevantes, se ha desarrollado una pantalla que contiene dos estadios de procesamiento, de forma que un filtro descarta los píxels que están fuera del marco referencial y que, de esta manera, ya no son procesados por el software.
1996-03-30
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