3D trajectory subsampling based on the Douglas-Peucker algorithm for surgical robotics applications

[Resumen] El avance de la autonomía de robots quirúrgicos está ligado con avances en el aprendizaje de trayectorias hechas por cirujanos expertos al realizar procedimientos sencillos. Un primer paso en este aprendizaje es mejorar la capacidad de obtener trayectorias robóticas validas a partir de las maniobras captadas del cirujano. Las trayectorias manuales son habitualmente muestreadas con un número elevado de puntos que dificulta su inserción en algoritmos de aprendizaje. Este trabajo tiene como objetivo obtener trayectorias remuestreadas con un número significativamente menor de puntos y con la posibilidad de definir puntos clave paramétricos, de forma que puedan usarse para ser enviadas a un robot quirúrgico que replique las trayectorias aprendidas del cirujano sin comprometer otros parámetros como precisión, velocidad o fuerzas de interacción ejercidas. El artículo propone un algoritmo de simplificación basado en el algoritmo de Douglas-Peucker para reducir la cantidad de puntos que componen las trayectorias potencialmente complejas; una vez se tiene la simplificación, se define la velocidad cartesiana de movimiento a partir de la diferencia de los puntos ubicados en el espacio. El trabajo presenta los resultados obtenidos al ejecutar las trayectorias con un robot UR3e y se evalúa la simplificación hecha. Los resultados presentados evidencian que las trayectorias submuestreadas de esta forma pueden ser utilizadas en escenarios quirúrgicos para el aprendizaje de procedimientos autónomos.[Abstract] The advancement of the autonomy of surgical robots is linked to advances in the learning of trajectories made by expert surgeons when performing simple procedures. A first step in this learning is to improve the ability to obtain valid robotic trajectories from the captured maneuvers of the surgeon. Manual trajectories are usually sampled with a high number of points that makes it difficult to insert them into learning algorithms. This work aims to obtain resampled trajectories with a significantly lower number of points and with the possibility of defining parametric keypoints, so that they can be used to be sent to a surgical robot that replicates the trajectories learned from the surgeon without compromising other parameters such as precision, velocity or interaction forces exerted. The article proposes a simplification algorithm based on the Douglas-Peucker algorithm to reduce the number of points that make up potentially complex trajectories; Once the simplification is obtained, the Cartesian speed of movement is defined from the difference of the points located in space. The work presents the results obtained when executing the trajectories with a UR3e robot and the simplification made is evaluated. The results presented show that trajectories subsampled in this way can be used in surgical scenarios for learning autonomous procedures.Ministerio de Ciencia e Innovación; PID2019-111023RB-C3

Plataforma experimental para la obtención de las fuerzas de interacción en cirugía mínimamente invasiva

[Resumen] En este trabajo se presenta una plataforma experimental versátil para la medición de fuerzas en escenarios MIS y que consiste en un sensor de par de alta precisión HEX-E QC de la marca OnRobot que se puede integrar en diferentes configuraciones y escenarios para simular intervenciones como cirugía endonasal, laparoscopia o fresado de hueso. El objetivo es estudiar la relación de las fuerzas leídas en distintos puntos para poder utilizar esta información en futuros desarrollos de estimadores en los que sólo se disponga de información parcial de uno de los sensores de fuerza. Otro objetivo del trabajo es que se puede hacer una estimación cuantitativa y parametrizar los máximos y mínimos en cada procedimiento quirúrgico con la finalidad de determinar umbrales para hacer las operaciones asistidas por robot más efectivas y seguras.[Abstract] This paper presents a versatile experimental platform for the measurement of forces in MIS scenarios, consisting of a highprecision torque sensor HEX-E QC from OnRobot company that can be integrated into different configurations and scenarios to simulate interventions such as surgery. endonasal, laparoscopy or bone milling. The objective is to study the relationship of the forces read at different points to be able to use this information in future estimator developments in which only partial information is available from one of the force sensors. Another objective of the work is that a quantitative estimate can be made and the maximum and minimum values can be parameterized in each surgical procedure in order to determine thresholds to make robotassisted operations more effective and safe.Ministerio de Ciencia e Innovación; PID2019-111023RB-C3

Estudi i determinació de dosis en òrgans en tractaments de tiroides amb iode radioactiu mitjançant simulació Monte Carlo

[ES] El I-131 es un radioisótopo muy utilizado en medicina nuclear para el tratamiento de patologías como el cáncer de tiroides. En el presente trabajo, se realiza un estudio de las dosis recibidas por los distintos órganos en un tratamiento de tiroides tras la ingesta de una pastilla de I-131. Para llevar a cabo dicha tarea, se utiliza un maniquí computacional antropomórfico de alta resolución, realizado por la Comisión Internacional de Protección Radiológica (ICRP) conocido como Fantoma Computacional de Referencia de Tipo de Malla (MRCP). Además, se utiliza programación en MatLab para el análisis biocinético del yodo y por último, técnicas de simulación Monte Carlo (en concreto con el código MCNP) para estudiar el transporte de la radiación en el interior del maniquí. Como resultado, se obtiene la dosis que recibe cada órgano afectado en un tratamiento de estas características. Con la validación de estos resultados se demuestra que este método de simulación puede resultar adecuado para realizar los estudios dosimétricos en tratamientos de tiroides obteniendo resultados fiables.[CA] El I-131 és un radioisòtop molt utilitzat en medicina nuclear per al tractament de patologies com el càncer de tiroides o l’hipertiroïdisme. En el present Treball Final de Grau (TFG), es realitza un estudi de les dosis rebudes pels diferents òrgans en un tractament de tiroides després de la ingesta d' una pastilla d' I-131. Per dur a terme aquesta tasca, s'utilitza un maniquí computacional antropomòrfic d'alta resolució, realitzat per la Comissió Internacional de Protecció Radiològica (ICRP) conegut com a Fantoma Computacional de Referència de Tipus de Malla (MRCP). A més, s'utilitza programació MatLab per a l'anàlisi biocinètica del iode i per últim, tècniques de simulació Monte Carlo (en concret amb el codi MCNP) per estudiar el transport de la radiació a l'interior del maniquí. Com a resultat, s'obté la dosi que rep cada òrgan afectat en un tractament d' aquestes característiques. Amb la validació d' aquests resultats es demostra que aquest mètode de simulació pot resultar adequat per realitzar els estudis dosimètrics en tractaments de tiroides obtenint resultats fiables.[EN] I-131 is a radioisotope widely used in nuclear medicine for the treatment of pathologies such as thyroid cancer. In the present work, a study of the doses received by the different organs in a thyroid treatment after the intake of an I-131 pill is carried out. To carry out this task, a high-resolution anthropomorphic computational mannequin, made by the International Commission on Radiological Protection (ICRP) known as the Mesh Type Reference Computational Phantom (MRCP), is used. In addition, programming in MatLab is used for the biokinetic analysis of iodine and finally, Monte Carlo simulation techniques (specifically with the MCNP code) to study the transport of radiation inside the mannequin. As a result, the dose received by each affected organ is obtained in a treatment of these characteristics. With the validation of these results it is demonstrated that this simulation method can be suitable for performing dosimetric studies in thyroid treatments obtaining reliable results.Cases Hurtado, J. (2022). Estudio y determinación de dosis en órganos en tratamientos de tiroides con yodo radioactivo mediante simulación Monte Carlo. Universitat Politècnica de València. http://hdl.handle.net/10251/183319TFG

Jornadas Nacionales de Robótica y Bioingeniería 2023: Libro de actas

Las Jornadas de Robótica y Bioingeniería de 2023 tienen lugar en la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial de la Universidad Politécnica de IVIadrid, entre los días 14 y 16 de junio de 2023. En este evento propiciado por el Comité Español de Automática (CEA) tiene lugar la celebración conjunta de las XII Jornadas Nacionales de Robótica y el XIV Simposio CEA de Bioingeniería. Las Jornadas Nacionales de Robótica es un evento promovido por el Grupo Temático de Robótica (GTRob) de CEA para dar visibilidad y mostrar las actividades desarrolladas en el ámbito de la investigación y transferencia tecnológica en robótica. Asimismo, el propósito de Simposio de Bioingeniería, que cumple ahora su decimocuarta dicción, es el de proporcionar un espacio de encuentro entre investigadores, desabolladores, personal clínico, alumnos, industriales, profesionales en general e incluso usuarios que realicen su actividad en el ámbito de la bioingeniería. Estos eventos se han celebrado de forma conjunta en la anualidad 2023. Esto ha permitido aunar y congregar un elevado número de participantes tanto de la temática robótica como de bioingeniería (investigadores, profesores, desabolladores y profesionales en general), que ha posibilitado establecer puntos de encuentro, sinergias y colaboraciones entre ambos. El programa de las jornadas aúna comunicaciones científicas de los últimos resultados de investigación obtenidos, por los grupos a nivel español más representativos dentro de la temática de robótica y bioingeniería, así como mesas redondas y conferencias en las que se debatirán los temas de mayor interés en la actualidad. En relación con las comunicaciones científicas presentadas al evento, se ha recibido un total de 46 ponencias, lo que sin duda alguna refleja el alto interés de la comunidad científica en las Jornadas de Robótica y Bioingeniería. Estos trabajos serán expuestos y presentados a lo largo de un total de 10 sesiones, distribuidas durante los diferentes días de las Jornadas. Las temáticas de los trabajos cubren los principales retos científicos relacionados con la robótica y la bioingeniería: robótica aérea, submarina, terrestre, percepción del entorno, manipulación, robótica social, robótica médica, teleoperación, procesamiento de señales biológicos, neurorehabilitación etc. Confiamos, y estamos seguros de ello, que el desarrollo de las jornadas sea completamente productivo no solo para los participantes en las Jornadas que podrán establecer nuevos lazos y relaciones fructíferas entre los diferentes grupos, sino también aquellos investigadores que no hayan podido asistir. Este documento que integra y recoge todas las comunicaciones científicas permitirá un análisis más detallado de cada una de las mismas