Técnicas de robótica y visión artificial para el entrenamiento quirúrgico de mínima invasión

La cirugía de mínima invasión es una disciplina quirúrgica en auge, debido principalmente a las múltiples ventajas que proporciona a los pacientes y al sistema sanitario. Sin embargo, exige una formación larga y costosa del profesional sanitario que debe mejorarse mediante el diseño y utilización de nuevas tecnologías. En este sentido, se plantea el desarrollo de esta tesis doctoral. Por un lado, la utilización de sistemas de seguimiento para guiar y evaluar el entrenamiento en sus fases más tempranas, complementado con técnicas de visión artificial y diferentes sensores que garanticen una tutorización continua del proceso formativo. Por otro lado, la utilización de estos sistemas como futura herramienta de certificación de la competencia quirúrgica. Finalmente, los resultados obtenidos exponen el enorme potencial futuro de los desarrollos presentados en esta tesis, dentro de un nuevo modelo de formación que integre estos sistemas para complementar las herramientas utilizadas actualmente. En concreto, el sistema ARH ha demostrado capacidad para distinguir niveles de experiencia en ciertos procedimientos laparoscópicos. Además, el dispositivo EDEST ha sido muy valorado por los profesionales como un complemento útil en su proceso formativo. Y finalmente, el software VidLA también ha obtenido resultados aceptables en la evaluación de la destreza quirúrgica. Aunque la tecnología desarrollada en este trabajo ha obtenido buenos resultados en las experiencias realizadas bajo condiciones de entrenamiento reales, para el completo aprovechamiento de estas herramientas se deberían realizar esfuerzos adicionales en nuevos conceptos pedagógicos y didácticos que exploten eficientemente el enorme potencial descubierto por estos desarrollos.Minimally Invasive Surgery is rapidly gaining in importance as a surgical technique, mainly due to all the advantadges provided to both pacients and health system. However, it needs a long and expensive training process of health professionals that must be improved by designing and using new technologies. For this reason, this doctoral thesis has been planned to be performed. On the one hand, early training stages that assures a complete mentoring of the training process using tracking systems, computer vision and sensors to guide and assess trainees. On the other hand, these kinds of systems should be used to certificate surgical competences in the near future. Finally, obtained results show the huge and promising potential of all developments presented in this work. In order to make this, a new training model that integrates all these systems with current training tools should be developed. Specifically, the ARH system has proved its ability to distinguish between different experience levels in some kind of laparoscopic procedures. Furthermore, the EDEST device has been highly rated by surgeons as an useful complementary device during its training process. And finally, the VidLA software has obtained acceptable results for surgical skills' assessment too. All developments performed in this work have obtained good results during real training courses, which were used to validate them. However, additional efforts in new pedagogical and didactical concepts should be performed in order to fully exploit all these new tools

Análisis de la presión de la boquilla de varios hidrogeles en la bioimpresión basada en extrusión utilizando dinámica de fluidos computacional

Comunicación presentada a las XXXIX Jornadas de Automática, celebradas en Badajoz del 5 al 7 de Septiembre de 2018 y organizada por la Universidad de Extremadura.Extrusion bioprinting is an additive manufacturing technology with huge possibilities in the creation of engineered tissues. There are many researches about materials, cells and their interrelation. Nevertheless, there are not many researches about how the mechanics affect to cellular viability. In this way, we have done CFD simulations to check how the viscosity of materials can affect the pressure distribution in the tip of a nozzle. These results will be updated, in future works, with simulations of several materials and geometries.La bioimpresión por extrusión es una tecnología de fabricación aditiva con grandes posibilidades en la creación de tejidos de ingeniería. Hay muchas investigaciones sobre los materiales, las células y su interrelación. Sin embargo, no hay muchas investigaciones sobre cómo la mecánica afecta a la viabilidad celular. De esta manera, hemos realizado simulaciones de CFD para verificar cómo la viscosidad de los materiales puede afectar la distribución de la presión en la punta de una boquilla. Estos resultados se actualizarán, en trabajos futuros, con simulaciones de varios materiales y geometrías.Consejería de Economía e Infraestructuras, Junta de Extremadura. Project IB16200 “Optimización y mejora de técnicas de bioimpresión para regeneración de cartílago y prótesis vasculares”peerReviewe

Análisis de la presión de la boquilla de varios hidrogeles en la bioimpresión basada en extrusión utilizando dinámica de fluidos computacional

Comunicación presentada a las XXXIX Jornadas de Automática, celebradas en Badajoz del 5 al 7 de Septiembre de 2018 y organizada por la Universidad de Extremadura.Extrusion bioprinting is an additive manufacturing technology with huge possibilities in the creation of engineered tissues. There are many researches about materials, cells and their interrelation. Nevertheless, there are not many researches about how the mechanics affect to cellular viability. In this way, we have done CFD simulations to check how the viscosity of materials can affect the pressure distribution in the tip of a nozzle. These results will be updated, in future works, with simulations of several materials and geometries.La bioimpresión por extrusión es una tecnología de fabricación aditiva con grandes posibilidades en la creación de tejidos de ingeniería. Hay muchas investigaciones sobre los materiales, las células y su interrelación. Sin embargo, no hay muchas investigaciones sobre cómo la mecánica afecta a la viabilidad celular. De esta manera, hemos realizado simulaciones de CFD para verificar cómo la viscosidad de los materiales puede afectar la distribución de la presión en la punta de una boquilla. Estos resultados se actualizarán, en trabajos futuros, con simulaciones de varios materiales y geometrías.Consejería de Economía e Infraestructuras, Junta de Extremadura. Project IB16200 “Optimización y mejora de técnicas de bioimpresión para regeneración de cartílago y prótesis vasculares”peerReviewe

Nozzle pressure analysis of several hydrogel on extrusion-based bioprinting using computational fluid dynamics

[Abstract] Extrusion bioprinting is an additive manufacturing technology with huge possibilities in the creation of engineered tissues. There are many researches about materials, cells and their interrelation. Nevertheless, there are not many researches about how the mechanics affect to cellular viability. In this way, we have done CFD simulations to check how the viscosity of materials can affect the pressure distribution in the tip of a nozzle. These results will be updated, in future works, with simulations of several materials and geometries.[Resumen] La bioimpresión por extrusión es una tecnología de fabricación aditiva con grandes posibilidades en la creación de tejidos de ingeniería. Hay muchas investigaciones sobre los materiales, las células y su interrelación. Sin embargo, no hay muchas investigaciones sobre cómo la mecánica afecta a la viabilidad celular. De esta manera, hemos realizado simulaciones de CFD para verificar cómo la viscosidad de los materiales puede afectar la distribución de la presión en la punta de una boquilla. Estos resultados se actualizarán, en trabajos futuros, con simulaciones de varios materiales y geometrías.Junta de Extremadura; IB1620

Simplified model of ureteral peristalsis bolus using fluid structure interaction

[Abstract] Current computational models of ureter are not usually based on physiological behavior of anatomical structures. For this reason, we propose a new simplified model of ureteral flow to simulate a peristalsis bolus on the distal section of the ureter. This model uses a closed ureter that generates the urinary bolus with an expansive force applied in its wall. To analyse this, a computational FSI simulation is proposed to recreate the peristalsis movement of the ureter in its distal section. These preliminary results will be improved in future works to build a more complex model and to analyse the effects in the urine flow of a new design of a half-length ureteral stent.[Resumen] Los modelos computacionales actuales de uréter no suelen basarse en el comportamiento fisiológico de las estructuras anatómicas. Por este motivo, proponemos un nuevo modelo simplificado de flujo ureteral para simular un bolo de peristalsis en la sección distal del uréter. Este modelo utiliza un uréter cerrado que genera el bolo urinario con una fuerza expansiva aplicada en su pared. Para analizar esto, se propone una simulación computacional del FSI para recrear el movimiento peristáltico del uréter en su sección distal. Estos resultados preliminares se mejorarán en trabajos futuros para construir un modelo más complejo y analizar los efectos en el flujo de orina de un nuevo diseño de un stent ureteral de longitud media.Ministerio de Economía y Competitividad; PI16/0170

Manufacture and evaluation of a climatic chamber for the development of 3D bioprinting techniques

[Resumen] El objetivo del presente trabajo es la optimización de las técnicas de bioimpresión en el campo de la regeneración tisular de cartílago y la generación de prótesis vasculares. En este trabajo se ha realizado el diseño, fabricación y evaluación de un prototipo de cámara climática. El diseño final de la cámara será capaz de albergar en su interior una bioimpresora 3D. El control de temperatura, humedad y CO2 generará una atmósfera controlada, estéril y estanca, para el perfecto desarrollo del proceso de bioimpresión y maduración de tejidos celulares.[Abstract] The objective of this work is the optimization of bioprinting techniques in the field of cartilage tissue regeneration and the generation of vascular grafts. In this work, the design, manufacture and evaluation of a climatic chamber for a 3D bioprinter has been carried out. The control of temperature, humidity and CO2 generate a controlled, sterile and watertight atmosphere, for the perfect development of the process of bioprinting and maturation of bioprinted cellular tissues.Extremadura. Consejería de Economía e Infraestructuras; IB1620

Modelo simplificado de bolo de peristalsis ureteral mediante interacción de estructura fluida

Comunicación presentada a las XXXIX Jornadas de Automática, celebradas en Badajoz del 5 al 7 de Septiembre de 2018 y organizada por la Universidad de Extremadura.Current computational models of ureter are not usually based on physiological behavior of anatomical structures. For this reason, we propose a new simplified model of ureteral flow to simulate a peristalsis bolus on the distal section of the ureter. This model uses a closed ureter that generates the urinary bolus with an expansive force applied in its wall. To analyse this, a computational FSI simulation is proposed to recreate the peristalsis movement of the ureter in its distal section. These preliminary results will be improved in future works to build a more complex model and to analyse the effects in the urine flow of a new design of a half-length ureteral stent.Los modelos computacionales actuales de uréter no suelen basarse en el comportamiento fisiológico de las estructuras anatómicas. Por este motivo, proponemos un nuevo modelo simplificado de flujo ureteral para simular un bolo de peristalsis en la sección distal del uréter. Este modelo utiliza un uréter cerrado que genera el bolo urinario con una fuerza expansiva aplicada en su pared. Para analizar esto, se propone una simulación computacional del FSI para recrear el movimiento peristáltico del uréter en su sección distal. Estos resultados preliminares se mejorarán en trabajos futuros para construir un modelo más complejo y analizar los efectos en el flujo de orina de un nuevo diseño de un stent ureteral de longitud media.Ministry of Economy and Competitiveness, Carlos III Institute of Health. PI16/01707peerReviewe