General algorithms for laparoscopic surgical simulators
Recent advances in fields such as modeling of deformable objects, haptic technologies, immersive technologies, computation capacity and virtual environments have created the conditions to offer novel and suitable training tools and learning methods in the medical area. One of these training tools is...
- Autores:
-
Díaz-León, C. A. (Christian Andrés)
Trefftz, H. (Helmuth)
Bernal, J. (Jorge)
Eliuk, S. (Steven)
- Tipo de recurso:
- Article of journal
- Fecha de publicación:
- 2010
- Institución:
- Universidad EIA .
- Repositorio:
- Repositorio EIA .
- Idioma:
- eng
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- Acceso en línea:
- https://repository.eia.edu.co/handle/11190/490
- Palabra clave:
- RBI00079
TECNOLOGÍAS PARA LA SALUD
TECHNOLOGY IN HEALTH
LAPAROSCOPY - EDUCATION
LAPAROSCOPÍA - EDUCACIÓN
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MINIMALLY INVASIVE SURGERY
SURGICAL SIMULATION
ENTRENAMIENTO MÉDICO
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CIRUGÍA MÍNIMAMENTE INVASIVA
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Algoritmos generales para simuladores de cirugía laparoscópica |
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Recent advances in fields such as modeling of deformable objects, haptic technologies, immersive technologies, computation capacity and virtual environments have created the conditions to offer novel and suitable training tools and learning methods in the medical area. One of these training tools is the virtual surgical simulator, which has no limitations of time or risk, unlike conventional methods of training. Moreover, these simulators allow for the quantitative evaluation of the surgeon performance, giving the possibility to create performance standards in order to define if the surgeon is well prepared to execute a determined surgical procedure on a real patient. This paper describes the development of a virtual simulator for laparoscopic surgery. The simulator allows the multimodal interaction between the surgeon and the surgical virtual environment using visual and haptic feedback devices. To make the experience of the surgeon closer to the real surgical environment a specific user interface was developed. Additionally in this paper we describe some implementations carried out to face typical challenges presented in surgical simulators related to the tradeoff between real-time performance and high realism; for instance, the deformation of soft tissues are simulated using a GPU (Graphics Processor Unit) -based implementation of the mass-spring model. In this case, we explain the algorithms developed taking into account the particular case of a cholecystectomy procedure in laparoscopic surgery. |
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One of these training tools is the virtual surgical simulator, which has no limitations of time or risk, unlike conventional methods of training. Moreover, these simulators allow for the quantitative evaluation of the surgeon performance, giving the possibility to create performance standards in order to define if the surgeon is well prepared to execute a determined surgical procedure on a real patient. This paper describes the development of a virtual simulator for laparoscopic surgery. The simulator allows the multimodal interaction between the surgeon and the surgical virtual environment using visual and haptic feedback devices. To make the experience of the surgeon closer to the real surgical environment a specific user interface was developed. Additionally in this paper we describe some implementations carried out to face typical challenges presented in surgical simulators related to the tradeoff between real-time performance and high realism; for instance, the deformation of soft tissues are simulated using a GPU (Graphics Processor Unit) -based implementation of the mass-spring model. In this case, we explain the algorithms developed taking into account the particular case of a cholecystectomy procedure in laparoscopic surgery.Recientes avances en áreas tales como modelación computacional de objetos deformables, tecnologías hápticas, tecnologías inmersivas, capacidad de procesamiento y ambiente virtuales han proporcionado las bases para el desarrollo de herramientas y métodos de aprendizaje confiables en el entrenamiento médico. Una de estas herramientas de entrenamiento son los simuladores quirúrgicos virtuales, los cuales no tienen limitaciones de tiempo o riesgos a diferencia de los métodos convencionales de entrenamiento. Además, dichos simuladores permiten una evaluación cuantitativa del desempeño del cirujano, dando la posibilidad de crear estándares de desempeño con el fin de definir en qué momento un cirujano está preparado para realizar un determinado procedimiento quirúrgico sobre un paciente. Este artículo describe el desarrollo de un simulador virtual para cirugía laparoscópica. Este simulador permite la interacción multimodal entre el cirujano y el ambiente virtual quirúrgico usando dispositivos de retroalimentación visual y háptica. Para hacer la experiencia del cirujano más cercana a la de una ambiente quirúrgico real se desarrolló una interfaz cirujano-simulador especial. Adicionalmente en este artículo se describen algunas implementaciones que solucionan los problemas típicos cuando se desarrolla un simulador quirúrgico, principalmente relacionados con lograr un desempeño en tiempo real mientras se sacrifica el nivel de realismo de la simulación: por ejemplo, la deformación de los tejidos blandos simulados usando una implementación del modelo masa-resorte en la unidad de procesamiento gráfico. En este caso se describen los algoritmos desarrollados tomando en cuenta la simulación de un procedimiento laparoscópico llamado colecistectomía.14 p.application/pdfengDerechos Reservados - Universidad EIA, 2020https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/El autor de la obra, actuando en nombre propio, hace entrega del ejemplar respectivo y de sus anexos en formato digital o electrónico y autoriza a la ESCUELA DE INGENIERIA DE ANTIOQUIA, para que en los términos establecidos en la Ley 23 de 1982, Ley 44 de 1993, Decisión andina 351 de 1993, Decreto 460 de 1995, y demás normas generales sobre la materia, utilice y use por cualquier medio conocido o por conocer, los derechos patrimoniales de reproducción, comunicación pública, transformación y distribución de la obra objeto del presente documento. PARÁGRAFO: La presente autorización se hace extensiva no sólo a las dependencias y derechos de uso sobre la obra en formato o soporte material, sino también para formato virtual, electrónico, digital, y en red, internet, extranet, intranet, etc., y en general en cualquier formato conocido o por conocer. EL AUTOR, manifiesta que la obra objeto de la presente autorización es original y la realiza sin violar o usurpar derechos de autor de terceros, por lo tanto la obra es de exclusiva autoría y tiene la titularidad sobre la misma. PARÁGRAFO: En caso de presentarse cualquier reclamación o acción por parte de un tercero en cuanto a los derechos de autor sobre la obra en cuestión, EL AUTOR, asumirá toda la responsabilidad, y saldrá en defensa de los derechos aquí autorizados; para todos los efectos la ESCUELA DE INGENIERÍA DE ANTIOQUIA actúa como un tercero de buena fe.info:eu-repo/semantics/openAccessAtribución-NoComercialhttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2RBI00079TECNOLOGÍAS PARA LA SALUDTECHNOLOGY IN HEALTHLAPAROSCOPY - EDUCATIONLAPAROSCOPÍA - EDUCACIÓNMEDICAL TRAININGMINIMALLY INVASIVE SURGERYSURGICAL SIMULATIONENTRENAMIENTO MÉDICOVIRTUAL REALITYCIRUGÍA MÍNIMAMENTE INVASIVASIMULACIÓN QUIRÚRGICAREALIDAD VIRTUALGeneral algorithms for laparoscopic surgical simulatorsAlgoritmos generales para simuladores de cirugía laparoscópicaArtículo de revistahttp://purl.org/coar/resource_type/c_6501http://purl.org/coar/resource_type/c_2df8fbb1info:eu-repo/semantics/articleinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionTexthttps://purl.org/redcol/resource_type/ARThttp://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85Biomédica, Mecatrónica y MecánicaEscuela de Ingeniería de Antioquia EIAUniversidad CESClub, S. S. A Prospective Analysis of 1518 Laparoscopic Cholecystectomies. England Journal Medicine, Volume 16, 1991, pp. 1073–1078.Liu, A., Tendick, F., Cleary, K. and Kaufmann, C. A Survey of Surgical Simulation: Applications, Technology, and Education, Presence: Teleoperators Virtual Environment. Volume 12, Issue 6, 2003, pp. 599–614.Delingette, H. and Ayache, N. 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