Diseño e implementación de un módulo robótico y visión artificial para la automatización del procedimiento de toracocentesis

Abstract

En la última década, los proyectos de investigación en el campo de la robótica aplicada a la industria de salud están en contante desarrollo especialmente en las áreas de diagnóstico, administración de medicina para pacientes y la asistencia en procedimientos quirúrgicos. Estos avances en robótica quirúrgica destacan por su precisión y la confiabilidad de su performance lo que ha permitido mejorar la calidad de servicio y seguridad de muchos procedimientos médicos. Adicional a ello, dichos proyectos han sido fundamentales para el entrenamiento de los doctores al gestionar procesos médicos de alta complejidad antes de interactuar en un entorno real con pacientes siendo vital durante el proceso operacional. Basado en este enfoque, la presente tesis busca aplicar los conocimientos adquiridos en la especialidad de ingeniería mecatrónica para abordar uno de los procedimientos médicos más complejos en el tratamiento de Infecciones Respiratorias Agudas (IRA) que se encuentran dentro de las principales causas de muertes en el nuestro territorio nacional. Particularmente, este enfoque está dirigido a la toracocentesis, el cual es un procedimiento mínimamente invasivo (MIS) encargado del drenaje de la acumulación del líquido pleural (derrame pleural) el cual será analizado desde una perspectiva técnica para diseñar y codificar esta intervención en el paciente. El objetivo de este proyecto es optimizar el procedimiento mencionado mediante la integración de tecnologías robóticas avanzadas, análisis de procesamiento digital de imágenes (PDI) y control electrónico de componentes. Esto tiene como finalidad desarrollar un producto para mejorar la eficiencia, precisión del procedimiento y reducción de la mortalidad asociada a esta enfermedad. De acuerdo a las pruebas experimentales, se obtuvieron 10 ciclos completados de manera exitosa lo que permite afirmar la eficiencia del sistema autónomo y un prometedor avance en la industria de la salud.

In the last decade, research projects in field of robotics applied to healthcare industry have been consistently developed, with a particular focus on diagnosis, drug administration and assisting surgical procedures. Achievements in surgical robotics have demonstrated their precision and reliability, significantly enhancing service quality during operations and improving the safety of several medical procedures. Furthermore, such projects have played a crucial role in training medical learners by managing highly complex health procedures in a controlled environment before interacting with real patients. This has proven vital during the training process, reducing risks and improving learning outcomes. Based on this approach, the present thesis aims to apply the knowledge acquired during the specialization in mechatronic engineering to address one of the most complex medical procedures related to acute respiratory infections (ARIs), which rank among the leading causes on mortality nationwide. Specifically, the focus is on thoracentesis which is a minimally invasive surgery (MIS) used to drain the accumulation of water around the lung, also known as pleural effusion. This thesis approaches thoracentesis from a technical perspective designing and coding all the steps involved in such procedure. The objective of this thesis is to optimize the thoracentesis performance through the integration of advanced robotic technologies, analysis of digital image processing and control electronic system. The goal is to develop a product that enhances procedural efficiency and precision while contributing to a reduction in the mortality rate associated with pleural effusion. According to the experimental tests, 10 cycles were successfully completed, demonstrating the efficiency of the autonomous system and representing a promising advancement in the healthcare industry.