Subject posing in patient specific simulators
Archivos
Fecha
2019
Autores
Título de la revista
ISSN de la revista
Título del volumen
Editor
Universidad Rey Juan Carlos
Resumen
El objetivo principal en este trabajo de tesis doctoral es el diseño de un
algoritmo para el posicionamiento de modelos anatómicos, desde la posición en
la que han sido modelados hasta cualquier posición requerida. Con el fin de
demostrar que el algoritmo propuesto puede ser utilizado en el entrenamiento
médico, este será incorporado en dos tipos de aplicaciones de realidad virtual.
La metodología empleada en este trabajo incluye el desarrollo de un algoritmo
geométrico. Se presenta una nueva técnica que permite transformar los modelos
anatómicos de pacientes virtuales de su postura original a la posición necesaria
por el procedimiento médico. Esto es posible aunque los modelos anatómicos se
encuentren incompletos o falten sus descripciones mecánicas. Además, como el
usuario debe supervisar la deformación que se aplicará al paciente virtual, el sistema
debe tener tasas de refresco interactivas. Para cumplir con estos requisitos,
se ha desarrollado una técnica geométrica basada en el cauce de la animación
esqueletal, en lugar de utilizar un método basado en modelos físicos debido a
que estos últimos presentan una serie de problemas. En estos casos, se requeriría
caracterizar mecánicamente los tejidos que se van a simular, los cuales no siempre
se encuentran disponibles. Además, los métodos basados en modelos físicos
se centran en conseguir deformaciones precisas, resultando en un alto grado de
complejidad, que impide conseguir tasas de refresco interactivas. Frente a los
métodos basados en modelos físicos, se ha optado por utilizar una técnica geométrica
que proporciona soluciones plausibles en tiempos interactivos y que el
usuario puede interpretar como reales.
El método propuesto utiliza los modelos de la piel y el tejido óseo del paciente
virtual para generar un campo de desplazamientos continuo en el interior del
modelo, que se utiliza para transformar sus estructuras internas. Las operaciones
más costosas se han delegado a un proceso previo que genera toda la información
necesaria para que el usuario pueda seleccionar la postura del paciente virtual
interactivamente. Además, se ha propuesto un refinamiento opcional basado en
un método físico que intenta conservar el volumen del modelo anatómico. Con el
objetivo de validar la hipótesis por la cual un algoritmo geométrico puede generar
nuevas posturas de un paciente virtual junto con sus tejidos internos para ser
utilizadas en el contexto del entrenamiento de un procedimiento médico, se han
propuesto dos casos de uso.
En primer lugar, el algoritmo propuesto se ha integrado en el entorno de
generación de pacientes virtuales (ITGVPH) de RASimAs, permitiendo al profesional
médico animar y adaptar los modelos anatómicos generados por la suite.
Se intenta demostrar que el algoritmo puede adaptar la postura de un modelo
anatómico en un escenario donde no se dispone de modelos completos ni de sus
propiedades mecánicas. Además, con la finalidad de comprobar si los pacientes
virtuales son útiles para el entrenamiento del procedimiento de RA, se ha contribuido
en la creación del módulo Courseware. Esta plataforma de aprendizaje,
donde el usuario podrá practicar y desarrollar sus habilidades no cognitivas, gestiona
todos los componentes del simulador y se encarga de implementar las tareas de entrenamiento. Por problemas de precisión de los dispositivos hápticos, no se
ha podido realizar una evaluación clínica del simulador.
En segundo lugar, se ha desarrollado un simulador de radiología diagnóstica
gracias a la librería gVirtualXRay en colaboración con el Dr. Franck P.Vidal. En
este procedimiento, el médico debe posicionar al paciente y configurar la máquina
de rayos X de manera que la región anatómica objetivo sea adecuadamente
capturada. El algoritmo propuesto demuestra su capacidad para transformar la
postura de un paciente virtual interactivamente, y así probar distintas proyecciones,
mientras que la librería gVirtualXRay permite obtener imágenes de rayos X
simultáneamente. Se ha realizado una encuesta entre especialistas en radiología
para comprobar su validez aparente y de contenido, en la que se ha preguntado
acerca de su opinión sobre el realismo y la utilidad del simulador.
Los resultados obtenidos muestran que la técnica de posicionamiento de pacientes
virtuales se puede incorporar en cualquier simulador que requiera cambiar
la pose de un determinado modelo anatómico con estructuras internas en tiempo
real. Además, permite adaptar cualquier tejido a la pose deseada, de forma
independiente al resto de tejidos, pudiendo así trabajar con modelos incompletos.
Para finalizar, las conclusiones de este trabajo de tesis se pueden resumir
en la creación de un cauce de animación esqueletal semiautomático que permite
transformar un modelo anatómico de una postura a la posición requerida, en
este caso, en el entrenamiento de un determinado procedimiento médico. Este
algoritmo ha sido incorporado en dos aplicaciones con objetivos distintos. Por
una parte, se ha incorporado en la suite ITGVPH que permite crear una base
de datos de pacientes virtuales. Aunque esta aplicación no ha podido ser evaluada,
los resultados obtenidos por la técnica propuesta han sido favorablemente
valorados por los socios médicos del proyecto. Por otra parte se ha incorporado
en simulador de radiología diagnóstica. En este caso, los resultados obtenidos en
las validaciones confirman su beneficio como herramienta adicional a las técnicas
clásicas de aprendizaje.
Descripción
Tesis Doctoral leída en la Universidad Rey Juan Carlos de Madrid en 2019. Directores de la Tesis: Marcos García Lorenzo y Luis Pastor Pérez
Palabras clave
Citación
Colecciones
Excepto si se señala otra cosa, la licencia del ítem se describe como Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internacional