Pablo E. Quiñones G. Director: Leonardo Flórez Valencia Grupo de Investigación: TAKINA Modalidad: 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 OGR E Módulo Interacción OPENHAPTIC S VRPN Modelo USUARIO

MODELO DATOS 10 Modelo MALLAS  Conjunto de Puntos  Caras  Bordes  Colores Módulo Visualización Modelo ITK OGR E Módulo Interacción OPENHAPTI CS 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 OGR E Módulo Interacción OPENHAPTI CS VRPN Modelo Image Filter Image Filter ITK Data Pipeline

OGRE 3D 12 Modelo  Herramienta que permite la creación de escenarios 3D. Motor de Realidad Virtual Módulo Visualización Modelo ITK OGR E Módulo Interacción OPENHAPTI CS VRPN Modelo

OPENHAPTICS  Librería que permite el desarrollo de aplicaciones hápticas. 13 Modelo Módulo Visualización Modelo ITK OGR E Módulo Interacción OPENHAPTI CS VRPN Modelo HDAPI

PHANTOM OMNI  Dispositivo háptico manual que genera la sensación de tacto sobre los objetos virtuales. 14 Modelo Módulo Visualización Modelo ITK OGR E Módulo Interacción OPENHAPTI CS 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 Herramientas Quirúrgicas 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 InternaVista 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  Orientación  Fuerza  Botones

FASE III INTEGRACIÓN 37

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 OPENHAPTI CS 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 40

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 ? 46