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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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