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PRINCIPLES, MATERIALS AND APPLICATIONS OF ROBOTICS IN BIOMEDICINE 2

01GPKRR

A.A. 2022/23

Course Language

Inglese

Course degree

Doctorate Research in Bioingegneria E Scienze Medico-Chirurgiche - Torino

Course structure
Teaching Hours
Lezioni 20
Teachers
Teacher Status SSD h.Les h.Ex h.Lab h.Tut Years teaching
Arezzo Alberto       2 0 0 0 1
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Context
SSD CFU Activities Area context
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Le tecnologie robotiche per la chirurgia e la diagnosi minimamente invasive sono al centro di questo corso. Vengono identificate le esigenze cliniche negli approcci di accesso extra, endo e transluminale. Vengono discusse varie soluzioni ingegneristiche e viene presentata e giustificata la loro evoluzione nel tempo. Gli argomenti, le tecnologie e le metodologie discusse includono, ma non sono limitati a: storia dei robot chirurgici, robot chirurgici commerciali, sistemi robotici di ricerca, robot gastrointestinali, progressi nella fabbricazione, rilevamento e attuazione di robot morbidi, robot per il rilevamento del cancro, interfacce percettive uomo-robot, sale operatorie basate sui dati e sull'intelligenza artificiale, ecc. con i principali attori scientifici a livello mondiale nei rispettivi settori di competenza.
Robotic technologies for minimally invasive surgery and diagnosis is the focus of this course. Clinical needs in extra-, endo- and trans-luminal access approaches are identified. Various engineering solutions are discussed and their evolution over time is presented and justified. Discussed topics, technologies and methodologies include, but are not limited to: history of surgical robots, commercial surgical robots, research robotic systems, gastrointestinal robots, advances in soft robots fabrication, sensing and actuation, cancer detection robots, perceptual human-robot interfaces, data- and AI-driven operating theatres, etc with the major scientific players worldwide in their respective fields of competence.
PRINCIPLES, MATERIALS AND APPLICATIONS OF ROBOTICS IN BIOMEDICINE 1
PRINCIPLES, MATERIALS AND APPLICATIONS OF ROBOTICS IN BIOMEDICINE 1
George Mylonas parlerà di Innovazione nella robotica medica. L'intervento si basa sul tema "la necessità è la madre dell'invenzione" nel contesto delle tecnologie robotiche per la chirurgia e la diagnosi mininvasiva. Seguendo questo tema ricorrente, vengono identificate le esigenze cliniche negli approcci di accesso extra, endo e transluminale. Vengono quindi discusse varie soluzioni ingegneristiche e viene presentata e giustificata la loro evoluzione nel tempo. Gli argomenti, le tecnologie e le metodologie discusse includono, ma non sono limitati a: storia dei robot chirurgici, robot chirurgici commerciali, sistemi robotici di ricerca, robot gastrointestinali, progressi nella fabbricazione, rilevamento e attuazione di robot morbidi, robot per il rilevamento del cancro, interfacce percettive uomo-robot, sale operatorie basate su dati e intelligenza artificiale, ecc. Kaspar Althoefer fornirà una panoramica della chirurgia mininvasiva assistita da robot e dei recenti progressi nel campo nella sua lezione. Discuterà gli sforzi delle aziende di dispositivi medici per creare moderni strumenti chirurgici assistiti da robot. Fornirà anche una panoramica approfondita delle recenti attività di ricerca in tutto il mondo, con particolare attenzione all'impiego di robot continui e principi di robot morbidi per stabilire soluzioni per la chirurgia minimamente invasiva. capace di andare oltre ciò che si può ottenere con i tradizionali approcci a componenti rigidi. I nuovi sviluppi nella chirurgia mininvasiva assistita da robot saranno confrontati con la chirurgia aperta standard e la laparoscopia. Felix Nichel terrà una conferenza su: -Imaging spettrale e apprendimento automatico in chirurgia: vedere oltre i limiti dell'occhio umano renderà la chirurgia più efficiente e precisa. L'imaging spettrale in combinazione con l'intelligenza artificiale sono potenti tecnologie per l'imaging intraoperatorio -Formazione chirurgica 4.0: L'applicazione delle Tecnologie Digitali modernizza e rivoluziona la formazione chirurgica e l'applicazione di tecnologie minimamente invasive e robotiche Pietro Valdastri terrà una relazione sull'endoscopia robotica flessibile. La lezione esplorerà la rilevanza clinica e gli approcci robotici proposti all'endoscopia flessibile, con particolare attenzione al tratto gastrointestinale e ad altri distretti anatomici accessibili tramite orifizi naturali o piccole incisioni Gastone Ciuti parlerà delle nuove frontiere dell'endoscopia robotica: scoperte tecnologiche e sfide nel tratto gastrointestinale. I robot medici hanno un potenziale significativo per cambiare radicalmente la chirurgia e la medicina interventistica come parte di un ambiente più ampio e ad alta intensità di informazioni che sfrutta i punti di forza complementari degli esseri umani e delle tecnologie computerizzate. I robot per chirurgia sono sistemi informatici integrati in cui il dispositivo/strumento stesso è solo un elemento, ovvero l'end-effector, di un sistema più ampio progettato per assistere il medico nell'esecuzione di una procedura diagnostico/chirurgica. Il campo di ricerca delle tecnologie integrate con il computer per la chirurgia robotica si sta concentrando su questo sforzo facendo avanzare lo scenario assistito dal computer unendo in modo efficiente medicina e ingegneria. L'endoscopia gastrointestinale risale al 1860, ma molti dei progressi più significativi sono stati fatti negli ultimi dieci anni. Con l'integrazione della robotica, è stata realizzata la capacità di guidare con precisione e far avanzare gli endoscopi flessibili tradizionali, riducendo il disagio/dolore del paziente e migliorando l'ergonomia del medico. L'endoscopia a capsula wireless (WCE), un'alternativa clinica rivoluzionaria ai tradizionali telescopi flessibili, consente l'ispezione dell'apparato digerente con il minimo disagio per il paziente o la necessità di sedazione, mitigando alcuni dei rischi dell'endoscopia flessibile standard. Sebbene la WCE sia entrata nella scena medica come tecnologia dirompente, presenta diverse limitazioni, ad es. l'impossibilità di controllare attivamente la locomozione e l'orientamento della telecamera, che porta a una bassa specificità diagnostica e a risultati falsi positivi. Pertanto, la naturale evoluzione del WCE clinico consiste nell'integrare meccanismi per la locomozione attiva a circuito chiuso e nel fornire alla capsula sensori e strumenti per la diagnosi e la terapia. In questa conferenza il Prof. Gastone Ciuti presenterà una panoramica della ricerca sui sistemi endoscopici robotici, comprese le tecnologie di oscilloscopio e capsule flessibili, dettagliando metodi di attuazione, screening, diagnosi e capacità terapeutiche. In questo talk verranno presentate diverse soluzioni di locomozione attiva (incentrate sull'attuazione meccanica e magnetica) che vanno dalle soluzioni basate sulle gambe alla locomozione magnetica (sistemi permanenti ed elettromagnetici), concludendo con gli ultimi risultati ottenuti con il progetto europeo H2020 Endoo. Verranno quindi analizzate le attuali scoperte tecnologiche e verranno presentate e discusse le sfide ancora aperte da risolvere. Verrà infine presentata una prospettiva futura sui robot endoscopici per lo screening, le procedure diagnostiche e terapeutiche gastrointestinali, come le capsule per l'analisi del microbioma, un potenziale approccio dirompente
George Mylonas will talk about Innovation in medical robotics. The talk is based on the theme of ‘necessity is the mother of invention’ in the context of robotic technologies for minimally invasive surgery and diagnosis. Following this recurring theme, clinical needs in extra-, endo- and trans-luminal access approaches are identified. Various engineering solutions are then discussed and their evolution over time is presented and justified. Discussed topics, technologies and methodologies include, but are not limited to: history of surgical robots, commercial surgical robots, research robotic systems, gastrointestinal robots, advances in soft robots fabrication, sensing and actuation, cancer detection robots, perceptual human-robot interfaces, data- and AI-driven operating theatres, etc. Kaspar Althoefer will give an overview of robot-assisted minimally invasive surgery and recent advances in the field in his lesson. He will discuss efforts by medical devices companies to create modern robot-assisted surgical tools. He will also provide an in-depth overview of recent research endeavours across the world, with a special focus on employing continuum robot and soft robot principles to establish solutions for minimally invasive surgery. capable of going beyond whatt can be achieved with the traditional rigid component approaches. The new developments in robot-assisted minimally invasive surgery will be compared to standard open surgery and laparoscopy. Felix Nichel will give a lecture regarding: -Spectral Imaging and Machine Learning in Surgery: To see beyond the limitations of the human eye will make surgery more efficient and precise. Spectral Imaging in combination with Artifical Intelligence are powerful technologies for intraoperative imaging -Surgical Training 4.0: The application of Digital Technologies modernizes and revolutionizes surgical training and the application of minimally invasive and robotic technologies Pietro Valdastri will give a talk on Robotic flexible endoscopy. The lecture will explore the clinical relevance and the proposed robotic approaches to flexible endoscopy, with a focus on the gastrointestinal tract and other anatomical districts that are accessible via natural orifices or small incisions Gastone Ciuti will talk about the new Frontiers of robotic endoscopy: technological breakthroughs and challenges in the gastrointestinal tract. Medical robots have a significant potential to fundamentally change surgery and interventional medicine as part of a broader, information-intensive environment that exploits the complementary strengths of humans and computer-based technologies. Robots for surgery are computer-integrated systems in which the device / tool itself is just one element, i.e. the end-effector, of a larger system designed to assist a physician in carrying out a diagnostic/surgical procedure. The research field of computer-integrated technologies for robotic surgery is focusing on this effort by advancing the computer-assisted scenario efficiently merging medicine and engineering. Gastrointestinal endoscopy dates back to the 1860s, but many of the most significant advancements have been made within the past decade. With the integration of robotics, the ability to precisely steer and advance traditional flexible endoscopes has been realized, reducing patient discomfort/pain and improving clinician ergonomics. Wireless capsule endoscopy (WCE), a revolutionary clinical alternative to traditional flexible scopes, enables inspection of the digestive system with minimal discomfort for the patient or the need for sedation, mitigating some of the risks of standard flexible endoscopy. Although WCE has entered the medical scene as a disruptive technology, it presents several limitations, e.g. the impossibility to actively control locomotion and camera orientation, which leads to low diagnostic specificity and false-positive results. Therefore, the natural evolution of clinical WCE consists of integrating mechanisms for closed-loop active locomotion and providing the capsule with sensors and tools for diagnosis and therapy. In this talk Prof. Gastone Ciuti will present a research overview on robotic endoscopic systems, including both flexible scope and capsule technologies, detailing actuation methods, screening, diagnosis and therapeutic capabilities. Different active locomotion solutions (focused on mechanical and magnetic actuation) will be presented in this talk ranging from legged-based solutions to magnetic locomotion (permanent and electromagnetic systems), concluding with the last results obtained with the European H2020 Endoo project. Current technological breakthroughs will be then analysed and challenges, still open to be solved, will be presented and discussed. A future perspective on endoscopic robots for screening, diagnostic and therapeutic gastrointestinal procedures will be finally presented, such as capsules for microbioma analysis, a potential disruptive approach for the P4 (predictive, preventive, personalized and participatory) medicine.
Modalità mista
Mixed mode
Test a risposta multipla
Multiple choice test
P.D.2-2 - Marzo
P.D.2-2 - March
Martedì 21 Marzo h 13 - 20 Giovedì 23 Marzo h 13 - 20 Venerdì 24 Marzo h 8 - 14
Martedì 21 Marzo h 13 - 20 Giovedì 23 Marzo h 13 - 20 Venerdì 24 Marzo h 8 - 14


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