Pablo E. Quiñones G.

Director: Leonardo Flórez Valencia Grupo de Investigación: TAKINAModalidad: Aplicación Práctica

AGENDA Marco Teórico Modelo Desarrollo Prototipo Conclusiones

2

AGENDA Marco Teórico Modelo Desarrollo Prototipo Conclusiones

3

MIS: Minimal Invasive Surgery

Son procedimientos médicos en los que se evita abrir las cavidades del organismo en favor de un cirugía cerrada y local.

4 Marco Teórico

LAPAROSCOPIA Uno de los principales

procedimientos quirúrgicos en la actualidad.

Cirugía de Mínima Invasión

Problemática Proceso de aprendizaje

complejo Problemas éticos

Prácticas con cadáveres Herramientas de alto costo

5 Marco Teórico

Simuladores Médicos

Recreación de escenarios para entrenamiento Buscan mejorar las habilidades de los usuarios

y minimizar los errores cometidos.

VRLS: Virtual Reality Laparoscopic Simulator Herramienta informática para apoyar el

proceso de entrenamiento de los residentes de cirugía en laparoscopia digestiva.

6 Marco Teórico

CATEGORÍA Realidad Virtual

Objetivo General“ Desarrollar un prototipo funcional basado en un ambiente de realidad virtual para simular un procedimiento de laparoscopia digestiva que sirva como apoyo al proceso de aprendizaje y aporte para mejorar las habilidades de los residentes de cirugía”

7 Marco Teórico

AGENDA Marco Teórico Modelo Desarrollo Prototipo Conclusiones

8

MODELO DE VRLS

9 Modelo

Módulo Visualización

Modelo

ITK

OGRE

Módulo Interacción

OPENHAPTICS

VRPN

Modelo

USUARIO

MODELO DATOS

10 Modelo

MALLAS

Conjunto de Puntos Caras Bordes Colores

Módulo Visualización

Modelo

ITK

OGRE Módulo InteracciónOPENHAPTIC

S VRPN

Modelo

ITK

Herramienta para el procesamiento y análisis de datos. Imágenes Mallas Modelos Paramétricos

11 Modelo

Insight Segmentation and Registration Toolkit

Módulo Visualización

Modelo

ITK

OGRE Módulo InteracciónOPENHAPTIC

SVRPN

Modelo

Image

Image

Filter

Image

Image

Image

Filter

Filter

Filter

ITK Data Pipeline

OGRE 3D

12 Modelo

Herramienta que permite la creación de escenarios 3D.

Motor de Realidad Virtual

Módulo Visualización

Modelo

ITK

OGRE Módulo InteracciónOPENHAPTIC

S VRPN

Modelo

OPENHAPTICS Librería que permite el desarrollo de

aplicaciones hápticas.

13 Modelo

Módulo Visualización

Modelo

ITK

OGRE Módulo Interacción

OPENHAPTICS VRPN

Modelo

HDAPI

PHANTOM OMNI Dispositivo háptico manual que genera la

sensación de tacto sobre los objetos virtuales.

14 Modelo

Módulo Visualización

Modelo

ITK

OGRE Módulo Interacción

OPENHAPTICS VRPN

Modelo

AGENDA Marco Teórico Modelo Desarrollo Prototipo Conclusiones

15

MODELO

HERRAMIENTAS

16

HERRAMIENTAS AUXILIARES

Desarrollo

MÓDULO VISUALIZACIÓN MÓDULO INTERACCIÓN

FASE I VISUALIZACIÓN

17

FASE I

18 Desarrollo

Transformación Modelo VTK a MESH

FASE I

19

o Modelo

Desarrollo

Mallas de los órganos

Transformación Modelo VTK a MESH

FASE I

20

o Modelo transformado con Paraview

Desarrollo

VTK Binario a VTK ASCII

Transformación Modelo VTK a MESH

FASE I

21

o Transformación de ITK

Desarrollo

Lectura del archivo Vtk Recorrido de sus

vértices Creación del

QuadEdgeMesh de ITK

Transformación Modelo VTK a MESH

FASE I

22

o Cálculo de las normales de las caras de los modelos

Desarrollo

Modelo de Gouraud

Transformación Modelo VTK a MESH

FASE I

23

o Creación del mesh de Ogre3D

Desarrollo

Transformación Modelo VTK a MESH

PRIMER PROTOTIPO

24 Desarrollo

Malla del Estómago aplicándole el algoritmo de transformación

PRIMER PROTOTIPO

25 Desarrollo

Algoritmo de transformación aplicado sobre todos los órganos

FASE I

26

Transformación de OBJ a MESH

Desarrollo

Malla .skp

Malla .dae/.obj

.mesh de OGRE 3D

SEGUNDO PROTOTIPO

o Se incluyó la mesa de operación por medio del proceso de transformación y se le definieron los materiales a los órganos del simulador.

27 Desarrollo

FASE I

28

Representación HerramientasQuirúrgicas

Desarrollo

Grasper

Scissors

FASE I

o Se implementó este algoritmo para controlar las colisiones entre las herramientas y los órganos del simulador.

29

Algoritmo Raycasting a nivel de Polígono

Desarrollo

Basado en el algoritmo Minimal Ogre3D Collision ( MOC )

TERCER PROTOTIPO

30 Desarrollo

FASE I

o Por medio de la creación de múltiples Viewports, OGRE 3D permite la visualización de la escena desde diferentes puntos.

31

Múltiples Viewports

Desarrollo

o Esto se desarrolló para generar la vista interna del laparoscopio donde esta la cámara y la vista externa del entorno.

CUARTO PROTOTIPO

32 Desarrollo

Vista Interna Vista Externa

FASE II INTERACCIÓN

33

FASE II

Se realizó una primera aproximación utilizando como base los ejemplos incluidos.

Se identificaron las clases para el control del dispositivo.

34 Desarrollo

QuickHaptics Micro API

FASE II

Se pudo visualizar e interactuar con el dispositivo.

No era el componente ideal para la necesidad del proyecto

35 Desarrollo

QuickHaptics Micro API

FASE II

Segunda aproximación. Se hizo un estudio de la documentación y se desarrollo un primer programa para interactuar con el dispositivo.

Resultado positivo, se podía acceder a las características del dispositivo.

36 Desarrollo

Haptic Device API

Posición Orientació

n Fuerza Botones

FASE III INTEGRACIÓN

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FASE III

Capa de integración entre el módulo de visualización y módulo de interacción.

Esta capa contribuye con manejo de hilos para controlar los eventos del dispositivo.

38 Desarrollo

Integración al simulador

Módulo Visualización

Modelo ITK

OGRE

Módulo Interacción

OPENHAPTICS

VRPN

Modelo

MANEJADOR DE HILOS

MANEJADOR DE EVENTOS

Módulo Integración

Selección de las herramientas

Angulos de orientación de las

herramientas

Movimiento de las herramientas

FASE III

39 Desarrollo

Retroalimentación de la colisión con los

órganos

Manejo de Eventos

Posición Fuerza

Botones

Orientación

MANEJADOR DE EVENTOS

AGENDA Marco Teórico Contexto Desarrollo Prototipo Conclusiones

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PROTOTIPO

Presentación en vivo del simulador VRLS.

41 Prototipo

VRLS

VALIDACIÓN CUALITATIVA DEL PROTOTIPO

Proyecto de Investigación Estrategias para

entrenamiento en cirugía laparoscópica

Sugerencias de mejora Utilidad del Producto: Alta Ventajas de simulación en

tiempo real

42 Prototipo

Dr. Felipe Alvarado – Jefe de Residentes del HUSI

AGENDA Marco Teórico Contexto Desarrollo Prototipo Conclusiones

43

CONCLUSIONES

Se logró desarrollar la herramienta con todas las características propuestas.

La curva de aprendizaje personal fue bastante importante y útil durante el desarrollo del proyecto.

44 Conclusiones

Cumplimiento del Objetivo

TRABAJOS FUTUROS

Incluir la deformación y manipulación de mallas en tiempo real.

Mejorar algoritmos de colisión.

Mejorar el aspecto visual de los órganos del simulador.

45 Conclusiones

Existe la posibilidad de que el simulador se utilice como herramienta de aprendizaje con los residentes de primer año del HUSI.

¿ PREGUNTAS ?

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