WO2023225768A1 - Simulador basado en realidad virtual inmersiva para entrenamiento de procedimientos quirúrgicos - Google Patents

Abstract

La invención proporciona un sistema para realizar simulaciones de realidad virtual de múltiples cirugías para el entrenamiento de profesionales de la salud, que se caracteriza por que comprende: una interfaz mecánica incluida en un maletín que contiene dos manillas que simulan pinzas quirúrgicas y un sistema electrónico que se conecta operativamente con una pantalla para generar una interfaz visual que contiene gráficas desarrolladas con ejercicios de motricidad; unas cámaras y unos sensores que aportan información sobre la posición y orientación de los movimientos del usuario en tiempo real, donde dichas cámaras se encuentran en un sistema de gafas de realidad virtual y los sensores en las manillas, donde dichas cámaras y sensores se conectan operativamente a un software que permite generar una representación estereoscópica a partir de las imágenes tomadas por la cámara; y donde dicha interfaz visual cuenta con objetos tridimensionales de geometrías similares a objetos biológicos y quirúrgicos.

Description

SIMULADOR BASADO EN REALIDAD VIRTUAL INMERSIVA PARA ENTRENAMIENTO DE PROCEDIMIENTOS QUIRÚRGICOS

CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se relaciona con el campo de la medicina o ciencias veterinarias e higiene, específicamente con el campo de las cirugías asistidas por computadora, o manipuladores o robots especialmente adaptados para su uso en cirugía o simuladores para el entrenamiento de profesionales de la medicina. En particular, proporciona un simulador con realidad virtual inmersiva y portátil para entrenar las cirugías de mínimo acceso y para la preparación de estudiantes o profesionales en técnicas quirúrgicas de cirugía abierta.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Dentro del campo de la educación para la salud, una parte importante es el entrenamiento de profesionales de la salud y estudiantes de las carreras relacionadas con salud, mediante simulaciones de realidad virtual, dichas simulaciones sirven para enseñar a los practicantes como interactuar en una cirugía real, mejorando su motricidad, espacios y tiempos asociados a dicha cirugía real, sin la necesidad de que un paciente esté expuesto a un error de aprendizaje. Además, los estudiantes que participan en este tipo de simulaciones son capaces de enfrentarse a diferentes escenarios ayudando a mejorar su capacidad de valorar clínicamente a los pacientes, y de tomar decisiones clínicas, como se expresa en el artículo científico por investigadores de la Universidad del Desarrollo (Telesimulation and teledebriefing to promote clinical reasoning in undergraduate medicine students; Marco Ortiz-Arévalo, Trinidad Campussano-Schialer, Alvaro Tolosa-Villarreal, Adriel Marco, Soledad Armijo-Rivera, Joaquin Diaz-Schmidt; Educación Médica; Volume 22, Issue 5, September-October 2021 , Pages 283- 286).

Actualmente, existen diversos dispositivos que ayudan a los cirujanos a entrenarse para intervenciones quirúrgicas, ayudando a controlar ciertas maniobras que se deben realizar en una cirugía real y promoviendo así la mejora de la motricidad de los cirujanos ante estos eventos. Dichos dispositivos tienen diferentes configuraciones mecánicas y electrónicas que ayudan de cierta manera a visualizar los objetos y componentes que interfieren o que se utilizan en o durante una operación, pero muchos de estos aparatos que existen se encuentran enfocados en un tipo de cirugía particular, como por ejemplo, la existencia de simuladores para la enseñanza de los contenidos de parto y recién nacido en enfermería, como se describe en la publicación de Giselle Riquelme en su trabajo titulado “Incorporación de la simulación en la enseñanza de los contenidos de parto y atención al recién nacido en Enfermería” (Educación Médica Superior; Volumen: 31 , Issue: 4, Mar 10, 2017). Pero muchas veces estas simulaciones contienen sistemas que son difíciles de movilizar, dejando de lado la practicidad de los dispositivos que actúan como simuladores y multidisciplinañedad para distintos tipos de cirugías en un solo equipo.

Un ejemplo de este tipo de sistemas que simulan operaciones quirúrgicas bajo realidad virtual se describe en el documento CN106448403A el cual se refiere a un sistema de entrenamiento quirúrgico para simular cirugías toracóspicas, que permite al cirujano simular varios tipos de cirugías. La solución técnica adoptada y descrita en este documento es un sistema de entrenamiento para simular cirugía toracoscópica que incluye un cuerpo, un monitor, un endoscopio de simulación, un instrumento quirúrgico de simulación y un sistema de control; el monitor está fijado en el fuselaje por un brazo, y el endoscopio de simulación y los instrumentos quirúrgicos de simulación están conectados con el fuselaje; el endoscopio de simulación y los instrumentos quirúrgicos de simulación están provistos de un sensor de rotación y un sensor de desplazamiento, y el sistema de control está conectado eléctricamente. El sistema de control incluye un dispositivo de procesamiento de recepción de datos, un servidor de procesamiento de modelos 3D y un servidor de sistema de plataforma 3D.

Por otro lado, el documento ES2346025A1 se refiere a un sistema de simulación de prácticas quirúrgicas, que tiene unas particularidades técnicas destinadas a permitir entrenar al cirujano en formación en la situación más real posible, sin que conlleve ningún tipo de simulación de deterioro del material, y por lo tanto, permite una repetibilidad ilimitada en la misma práctica. El cirujano en formación también puede ver, no sólo la situación simulada como una operación real, sino que el sistema también permite estudiar cualquier otro aspecto de esta situación a través de diferentes modos de visualización. Además, permite la personalización de la práctica mediante el uso de datos del paciente a partir de pruebas diagnósticas como escáner, mapeo y TC 3D, con lo que un profesional puede comprobar el estado de una operación, decidir dónde colocar los portales de entrada y practicar en la realización de la cirugía antes de realizar la operación real en dicho paciente. Esta invención permite una solución al aprendizaje de la técnica, procedimientos críticos e imprescindibles en cirugía mínimamente invasiva.

Sin embargo, los antecedentes del estado de la técnica se enfocan en mejorar aspectos de cirugías específicas, y sin capacidad de movimiento del sistema que genera las simulaciones, dejando de lado la posibilidad de entrenar a los practicantes en distintos lugares, y de realizar una posible evaluación del desempeño a distancia del practicante, además de no contar con diferentes configuraciones para entrenar bajo distintas circunstancias que se presenten en una cirugía real.

En consecuencia, existe la necesidad de crear un sistema portátil que ayude a los cirujanos y estudiantes a perfeccionar la manipulación de los instrumentos quirúrgicos, y adquirir la motricidad necesaria para no cometer errores en una cirugía real, y donde dicho sistema sea capaz de simular varios tipos de cirugías.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

La presente invención proporciona un sistema tipo simulador de realidad virtual inmersiva para la cirugía de mínimo acceso y otros procedimientos quirúrgicos, que se caracteriza porque comprende: una interfaz mecánica incluida en un maletín, para facilitar su portabilidad, que conecta a una pantalla para la simulación del comportamiento de una cirugía; donde dicha interfaz mecánica contiene dos manillas que simulan pinzas quirúrgicas para la inmersión de los sentidos del usuario; donde dicha interfaz mecánica contiene un sistema electrónico que se conecta operativamente con una pantalla para generar una interfaz visual; donde dicha interfaz visual contiene las gráficas desarrolladas con ejercicios de motricidad; unas cámaras y unos sensores que aportan información sobre la posición y orientación de los movimientos del usuario en tiempo real, donde dichas cámaras se encuentran en un sistema de gafas de realidad virtual, tal como Oculus Quest o HTC Vive, y los sensores en las manillas; donde dichas cámaras y sensores se conectan operativamente a un software que permite generar una representación estereoscópica a partir de las imágenes tomadas por la cámara; y donde dicha interfaz visual cuenta con objetos tridimensionales de geometrías similares a objetos biológicos y quirúrgicos que pueden intervenir en una cirugía.

En una realización preferida de la invención, el sistema de realidad virtual se caracteriza porque dicha interfaz mecánica está incluida en un maletín portátil.

En otra realización preferida, el sistema de realidad virtual se caracteriza porque contiene un sistema de importación de modelos de distintas posibles cirugías.

En aun una realización preferida adicional, el sistema de realidad virtual se caracteriza porque las gafas contienen complementos para lograr una representación estereoscópica de las cámaras.

En otra realización preferida, el sistema de realidad virtual se caracteriza porque contiene un sistema de arquitectura WEB de almacenamiento de datos.

En una realización preferida adicional, el sistema de realidad virtual se caracteriza porque dicho software entrega parámetros físicos como: posición, orientación, distancias y velocidades de las pinzas simuladas basado en las maniobras del usuario sobre las manillas.

En una realización más preferida, el sistema de pinzas quirúrgicas utilizado en la presente invención se caracteriza por que la rotación que ejerce dichas pinzas es en base a una rotula.

En aún otra realización preferida, el sistema de realidad virtual se caracteriza porque utiliza un entorno tridimensional de juegos y simulaciones para recrear los escenarios de entrenamientos elaborados en motores de simulación como Unity 3D o Unreal.

En otra realización preferida, el sistema de realidad virtual se caracteriza porque se crean unos modelos tridimensionales que son realizados en editores gráficos tridimensionales como 3dMax, Blender, Maya, entre otros, para dicho entorno tridimensional de juegos y simulaciones.

En una realización preferida diferente, el sistema de realidad virtual se caracteriza porque posee una caja contenedora de modelos tridimensionales simulada en el entorno tridimensional de juegos y simulaciones.

En una realización preferida adicional, el sistema de realidad virtual se caracteriza porque dicha caja contenedora tiene unas dimensiones que estarán en relación con el procedimiento quirúrgico que se simule como, por ejemplo, tiene dimensiones de 20cm x20cm x25cm para simulaciones que contemplan el agarre y transportación de objetos con las pinzas quirúrgicas.

En otra realización preferida, el sistema de realidad virtual se caracteriza porque incluye un sistema de presentación de resultados de la actividad del usuario en las simulaciones, donde dichos resultados se presentan de forma visual en la pantalla o enviado vía WEB.

La presente invención proporciona también un dispositivo para la obtención de simulaciones de realidad virtual de múltiples cirugías, que se caracteriza porque comprende: una interfaz mecánica que conecta a una pantalla para la visualización de la simulación de un proceso de cirugía; donde dicha interfaz mecánica contiene dos manillas que simulan pinzas quirúrgicas para la inmersión de los sentidos del usuario; y donde dicha interfaz mecánica almacena en un dispositivo electrónico la información de las simulaciones realizadas.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

La FIG. 1 es una fotografía del simulador objeto de la invención, cuando es utilizado por un profesional de la cirugía en un centro de entrenamiento.

La FIG. 2 ¡lustra la configuración de las partes que componen la rotación de la manilla tipo pinza en una vista explosionada con un corte transversal.

La FIG. 3 ¡lustra la configuración mecánica y geométrica del mecanismo de simulación de las pinzas quirúrgicas en una vista de perfil con un corte longitudinal. La FIG. 4 ¡lustra un esquema de los grados de libertad que tienen las pinzas en movimientos rotacionales, en una configuración de coordenadas rectangulares.

La FIG. 5 ¡lustra los componentes internos que contiene el maletín de transporte, donde se aprecia una espuma protectora y el acoplamiento de los controladores del simulador.

La FIG. 6 ¡lustra dos fotografías de distintos ángulos del simulador portátil, donde se aprecian sus componentes entre los que están: el maletín transportador, las gafas de realidad virtual y la interfaz mecánica creada para imitar el funcionamiento de las pinzas acopladas a los controladores de las gafas.

La FIG. 7 ¡lustra una visualización de una simulación con algunos elementos utilizados durante dicha simulación, como: pinzas y objetos biológicos o quirúrgicos.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

La presente invención detalla un sistema y un dispositivo que ofrece una herramienta tecnológica que consiste en un sistema que realiza simulaciones de realidad virtual para el entrenamiento en diversas cirugías, enfocado para su uso por estudiantes de medicina u otras carreras relacionadas con salud, para la práctica y evaluación de sus manejos en este tipo de situaciones, como también por profesionales de la salud para entrenarse antes de cada nueva cirugía, disminuyendo así los tiempos de preparación, y mejorando la motricidad y los movimientos característicos de diferentes intervenciones quirúrgicas. Este sistema y dispositivo ofrecen la posibilidad de disminuir los tiempos de adaptabilidad del cirujano ante cada cirugía, como también, dado su portabilidad, da la posibilidad de entrenar en diferentes lugares, facilitando el entrenamiento desde el hogar y no necesariamente desde un centro hospitalario. Esta tecnología es un modelo tipo maletín (3d) como en la FIG. 5, el cual, contiene un sistema electrónico (1d) capaz de conectarse a una pantalla para su uso, el cual se encuentra instalado sobre una espuma protectora (2d).

Las ventajas del sistema propuesto en la presente invención son su portabilidad, pues permite su desplazamiento de un lugar a otro, en un maletín que incluye el dispositivo de realidad virtual, y a ella se anexa la interfaz electromecánica que se acopla a una mesa de trabajo. El sistema no incluye cables, basta con tener una red wifi para que el entrenamiento se pueda llevar a cabo, permitiéndole movilidad al practicante, y si no existe conectividad, puede trabajarse en modo autónomo, permitiendo enviar los datos del adiestramiento de manera diferida.

El sistema además permite la incorporación de cursos para estas técnicas quirúrgicas. No es necesario un curso presencial, ya que el instructor no participa de manera directa en el proceso. El sistema permite que el practicante vaya venciendo etapas con el simulador y entregará retroalimentación de la información "feedback" a este y a los instructores del curso. Tampoco se requiere del uso de los instrumentos reales del cirujano, ya que estarán presentes de forma virtual.

De manera particular, el sistema tipo simulador de realidad virtual inmersiva para cirugía de mínimo acceso de la invención se caracteriza porque comprende: una interfaz mecánica que conecta a una pantalla para la simulación del comportamiento de una cirugía; donde dicha interfaz mecánica contiene dos manillas que simulan pinzas quirúrgicas para la inmersión de los sentidos del usuario; donde dicha interfaz mecánica contiene un sistema electrónico que se conecta operativamente con una pantalla para generar una interfaz visual; donde dicha interfaz visual contiene las gráficas desarrolladas con ejercicios de mothcidad; unas cámaras y unos sensores que aportan información sobre la posición y orientación de los movimientos del usuario en tiempo real, donde dichas cámaras se encuentran en un sistema de gafas de realidad virtual, por ejemplo Oculus Quest, y los sensores en las manillas; donde dichas cámaras y sensores se conectan operativamente a un software que permite generar una representación estereoscópica a partir de las imágenes tomadas por la cámara; y donde dicha interfaz visual cuenta con objetos tridimensionales de geometrías similares a objetos biológicos y quirúrgicos que pueden intervenir en una cirugía.

En el contexto de la presente invención, y a modo de aclaración general a lo largo de toda la descripción, se entenderá como manilla a un sistema compuesto por varias piezas mecánicas donde interactúa el usuario de esta invención para simular pinzas quirúrgicas. En una realización preferida, el sistema de realidad virtual se caracteriza porque dicha interfaz mecánica está incluida en un maletín portátil.

En el contexto de la presente invención, y a modo de aclaración general a lo largo de toda la descripción, se entenderá como maletín transportador a un maletín que contiene todos los elementos del sistema de la presente invención, para poder trasladar y utilizar en el lugar que el usuario encuentre pertinente.

En el contexto de la presente invención, y a modo de aclaración general a lo largo de toda la descripción, se entenderá como ensamble simulador a la estructura que contiene una base donde se sustenta toda la estructura mecánica de las pinzas y la electrónica que conecta a una pantalla.

En el contexto de la presente invención, y a modo de aclaración general a lo largo de toda la descripción, se entenderá como espuma protectora a una espuma de geometría variable que se localiza al interior del maletín transportador y que protege a toda la estructura del ensamble simulador.

En una realización preferida de la invención, el sistema de realidad virtual se caracteriza porque contiene un sistema de importación de modelos de distintas posibles cirugías.

En otra realización preferida, el sistema de realidad virtual se caracteriza porque contiene un sistema de arquitectura WEB de almacenamiento de datos.

En una realización preferida adicional, el sistema de realidad virtual se caracteriza porque dicho software entrega parámetros físicos como: posición, orientación, distancias y velocidades del usuario.

En una realización más preferida, el sistema de pinzas quirúrgicas utilizado en la presente invención se caracteriza porque la rotación que ejercen dichas pinzas es en base a una rotula (5a) que se observa en la FIG. 2, donde se encuentra conectado un eje (2a) acoplado mediante unos anillos (3a) (6a) sobre una placa base de soporte (4a), que contiene un sistema de fijación con pernos (1 a) y tuercas (7a). En la FIG. 3 se observa dicho acople en la parte inferior de la estructura completa en una vista de perfil, mientras en la parte superior se ve como se conecta el eje (2a) con los cojinetes lineales (8a) donde interactúa el usuario (controlador), donde dicho eje en la parte superior consta de una tapa (10a) y un sistema de sujeción (9a).

En otra realización preferida de la invención, el sistema de realidad virtual utiliza el entorno de juegos y simulaciones Unity 3D (Ronghai Wang, 6 abril 2017; A surgical training systemforfour medical puncturesbasedon virtual reality and hapticfeedback; 2017 IEEE Symposiumon 3D User Interfaces (3DUI)) para aprovechar las facilidades de incorporación de prestaciones gráficas y de comportamientos físicos.

En otra realización preferida, el sistema de realidad virtual cuenta con los modelos tridimensionales de los objetos que se van a usar en la escena, todos estos hechos en 3dMax (L¡ Yaqin, 22-24 June 2010; Theapplyingresearchfor 3D meshmodelswatermarkingbasedon 3D MAX; 2010 2nd International ConferenceonEducationTechnology and Computer). Estos se ubican en el origen del sistema de coordenadas y sus vértices son actualizados según la escala del objeto a partir del modificador Xform (MikkoHonkala, July 2006; Multimodal interactionwithxforms; Proceedingsofthe 6th internationalconferenceon Web engineering).

Todos los modelos para cargar en la escena se les chequean sus parámetros de importación, dentro de estos se configuran principalmente el factor escala, donde se establece un valor de uno, para no tener cambios de escala y el uso de animaciones.

En una realización preferida diferente, el sistema de realidad virtual se caracteriza porque posee una caja contenedora de modelos tridimensionales simulada en el entorno tridimensional de juegos y simulaciones.

En una realización preferida, la caja contenedora del sistema de realidad virtual de la invención puede tener dimensiones variables en dependencia del procedimiento quirúrgico que se desee simular, y en una realización preferida adicional dicha caja contenedora, por ejemplo, tiene dimensiones de 20cm x20cm x25 cm en el entorno tridimensional de juegos y simulaciones como se muestra la FIG. 7. En una realización preferida, el sistema de realidad virtual se caracteriza porque contiene un sistema de presentación de resultados de forma visual o enviado vía WEB.

La presente invención también proporciona un dispositivo para la obtención de simulaciones de realidad virtual de múltiples cirugías, que se caracteriza porque comprende: una interfaz mecánica que conecta a una pantalla para la visualización de la simulación del comportamiento de una cirugía; donde dicha interfaz mecánica contiene dos manillas que simulen pinzas quirúrgicas para la inmersión de los sentidos del usuario; donde dicha interfaz mecánica está incluida en un maletín portátil; y donde dicha interfaz mecánica almacena en un dispositivo electrónico la información de las simulaciones.

El diseño de este producto permitirá resolver la problemática propuesta por medio del entrenamiento en la medicina quirúrgica, contribuyendo a la creación de una herramienta adaptable en su uso y transporte, ayudando a mejorar los movimientos y motricidad de los profesionales de la salud y estudiantes, para el perfeccionamiento en el manejo de los procedimientos quirúrgicos.

EJEMPLOS DE REALIZACIÓN

EJEMPLO 1 : Escena de la presentación de la simulación.

El simulador, cuenta con una escena persistente, encargada de mantener objetos durante toda la simulación, dos escenas de ejercicios y una escena para la presentación de resultados de las sesiones de entrenamiento.

La escena persistente, contiene como elemento fundamental al sistema de cámaras inmersivo de las gafas de realidad virtual, y unido a este, añadido en la misma jerarquía de objetos se encuentran las pinzas derecha e izquierda. Esto permite que al seleccionar otra escena de ejercicios siempre se pueda contar con la actuación de las pinzas virtuales. Una descripción de cada uno de estos elementos fundamentales para el simulador (gameobjects de Unity), se hace a continuación:

- OVRCameraRig: Es el espacio de seguimiento de las gafas de realidad virtual, el cual tiene una cámara de realidad virtual que reemplaza la cámara convencional del entorno de Unity. Da acceso a la interfaz con el hardware. Se observa como en este mismo elemento se pone “hijo”, del controlador derecho al prefabricado que contiene el modelo de la pinza derecha.

- ClampsLogic: Es el objeto que contiene los scripts necesarios para el funcionamiento de las pinzas relacionado con la manipulación de los objetos de la escena. Se incluyen códigos desarrollados en c# para: Agarrar y soltar elementos; e Intercambiar elementos entre las pinzas.

- GlobaISceneManager: Contiene los códigos controladores (scripts) de la carga y descarga de escenas. Maneja el control de los almacenamientos de datos de ejercicios en el servidor a partir de APIs desarrolladas para este fin.

- NetworkManagerLogin: Tiene la responsabilidad de utilizar las API desarrolladas para realizar los procesos de registro y autenticación de los usuarios.

La escena de coordinación es creada para realizar un primer ejercicio de práctica que permita al usuario comenzar a familiarizarse con el trabajo sincronizado entre las manos y la dirección de la visión. Utiliza el entorno de la caja contenedora e incorpora cinco esferas de un primer color y cinco esferas de un segundo color. Las esferas del primer color, deben ser “tocadas” por la pinza izquierda y las esferas del segundo color deben ser tocadas por la pinza derecha. Existe además una esfera de un tercer color, que si es tocada por cualquier pinza, se concluye el ejercicio indicando que se ha producido un error grave. Las esferas se comportan dentro de la caja según un movimiento aleatorio en el plano horizontal. Esta escena también tiene un sistema para la detección de errores que almacena cuantas esferas han sido tocadas con la pinza equivocada o si se ha producido un error grave. Además, se almacena el tiempo del ejercicio.

La escena de agarre y transferencia de objetos simula uno de los ejercicios más utilizados por los estudiantes de cirugía y ensayados en simuladores mecánicos. Consiste en la inclusión en la caja, de un recipiente que tiene cinco elementos y deben ser tomados y colocados en otro recipiente de destino ubicado al final de la caja. Para estos procedimientos se desarrollaron algoritmos que permiten el agarre, y la transportación de elementos físicos, así como el intercambio de elementos entre las pinzas. El simulador es capaz de medir los siguientes parámetros:

- Distancia recorrida, para la mano derecha (metros).

- Distancia recorrida para la mano izquierda (metros).

- Economía de movimiento (Distancia óptima, dato entregado por profesor, /Distancia recorrida), mano derecha.

- Economía de movimiento (Distancia óptima, dato entregado por profesor, /Distancia recorrida), mano izquierda.

- Velocidad promedio para la mano derecha (metros/Seg).

- Velocidad promedio para la mano izquierda (metros/Seg).

- Posición y orientación del extremo de las pinzas en cada cuadro de simulación.

La escena de presentación de los resultados tiene como objetivo permitir al participante de la simulación observar un resumen de su actividad en las prácticas. Esta información, es recopilada de la red, y mostrada en el dispositivo a partir de una interfaz curva que permite una observación de los datos. Entre estos objetos desarrollados se encuentran:

- ResultsManager: Controla la aparición de las tablas y su llenado a partir de la información obtenida del servidor. Incluye el componente (script) ResultsManager.es, desarrollado para incluir estas funciones.

- CanvasTotal Results: Contiene las tablas a ser visualizadas. Entre estas están la tabla total de datos, la tabla de resultados de coordinación y la tabla de resultados del ejercicio de agarre y transferencia de objetos. Este último objeto, que se encuentra desplegado, tiene desactivadas las tablas de resultados para coordinación y agarre, por lo que al mostrarse en esta escena se visualizarán sólo los resultados totales. Durante la simulación, cuando el usuario escoge visualizar la actividad correspondiente a estos ejercicios, se activan estas tablas. EJEMPLO 2: Diseño de la interfaz mecánica para la simulación del comportamiento rotacional de las pinzas.

El movimiento de las pinzas en la simulación tiene que lograr una imitación de manera que este accionar conduzca a la inmersión de los sentidos del practicante en el entrenamiento, acercándolo a cómo realizaría esta actividad en una intervención quirúrgica real. En este ejemplo se analizaron cuántos grados de libertad están presentes en el proceso.

Como puede apreciarse en la FIG. 4, existe un punto de pivote para el movimiento de las pinzas y es en la entrada del trocar (7c) en la cavidad abdominal (4c). Se mantienen durante el accionar de la pinza las tres rotaciones en el espacio, la primera, alrededor del eje longitudinal “Z” (Roll) (1 c), que permite la rotación de la pinza y las otras dos en los ejes “X” (2c) y “Y” (3c) (Pitch y Yaw), que logran la inclinación apoyada en el punto de articulación. Además, existen otros dos movimientos: uno longitudinal, que caracteriza al avance del instrumento y la apertura de la pinza, que permite el agarre de elementos en la cavidad. Para solucionar este problema, se crea una unión tipo rótula (5a), que permite las rotaciones Pitch y Yaw, descritas en la FIG. 4. Se puede apreciar la articulación, incluida en la base soporte y sujetada a partir de dos anillos, uno superior y otro inferior, a esa base. Estos anillos se unen mediante un tornillo (1 a) y una tuerca (7a) a la placa base de soporte (4a).

La apertura y cierre quedan imitados con el mismo controlador del dispositivo, realizando acciones desde el software para capturar el desplazamiento, por lo que el esfuerzo de diseño se encamina a resolver el desplazamiento longitudinal y la rotación antes mencionada.

EJEMPLO 3: Diseño de la interfaz mecánica para la simulación del comportamiento traslacional de las pinzas.

El desplazamiento longitudinal, como se observa en la FIG. 4, se realiza avanzando el eje de la pinza sobre el trocar (7), formando una unión cilindrica. Muchos simuladores imitan este proceso de manera similar, sin embargo, esto conlleva a un volumen mayor provocado por el espacio que hay que dejar para que estas pinzas se muevan libremente.

Como es un requisito de diseño la portabilidad, para lograr mantener dimensiones acotadas y evitar piezas de grandes dimensiones como las pinzas, se tomó como concepto el desplazamiento de las manos y no de las pinzas, o sea un proceso inverso. En la invención no se introduce un eje o una varilla, sino que las pinzas simuladas se desplazan utilizando el mismo eje que las soporta. De esta forma se obtuvo en la simulación un efecto similar, pero logrando reducir el espacio utilizado en la profundidad respecto al objeto original.

Se observa en la FIG. 3 como el eje (2a) comienza desde la rótula (5a) hacia arriba y que en este caso el controlador (2), que ¡mita el soporte de la pinza, se desplaza a través de este elemento en un movimiento longitudinal que permite al cirujano acceder a cualquier localización en el volumen virtual de entrenamiento. En esta misma FIG. 3 se observa como unos cojinetes lineales (8a) son la unión entre el eje y las manos del usuario. Esta unión garantiza el movimiento en profundidad y el de rotación del instrumento alrededor de su eje (Roll).

Las pinzas quirúrgicas, fueron modeladas de manera que la profundidad de la simulación coincidiera con la dimensión mayor del eje, y la zona correspondiente a la sección de agarre de los objetos se construyó por separado y se integró a la jerarquía como un componente adicional. Esto último facilita la rotación posterior del elemento respecto al punto de pivote. A estas pinzas también se agregaron zonas de colisión para permitir la simulación de contacto con otros elementos y el agarre y transportación de estos en el caso que el ejercicio lo requiera.

EJEMPLO 4: Materiales y sistema de construcción en el interior del ensamble simulador.

Las manillas que permiten el movimiento y simulan las pinzas que se utilizan en la cirugía, se confeccionan con barras de acero inoxidable sólido de 8 mm, asegurando su resistencia a esfuerzos de tracción mecánica o eventuales caídas al momento de instalarlas sobre las rótulas. La unión de las barras a las rótulas es por medio de un hilo, asegurando de esta forma una unión pulcra y siempre en la misma posición. Como último elemento, se consideraron rodamientos lineales para generar un deslizamiento suave y sin trabas, simulando así el contexto normal de trabajo.

El sistema de sujeción de los controles de las gafas de realidad virtual se diseñó y construyó utilizando tres puntos de anclaje, asegurando de este modo una correcta posición. Estos puntos se hicieron con un material antideslizante, para dar un mejor agarre en los esfuerzos de giro y traslación que se producen en el uso cotidiano del simulador.

El agarre se diseñó de manera que, conservara la alineación del sistema de coordenadas del controlador con el eje de la manilla utilizada para el desplazamiento y garantizando que no exista juego libre en ninguno de los ejes donde el usuario realiza las fuerzas.

Claims

REIVINDICACIONES Un sistema tipo simulador de realidad virtual inmersiva para cirugía de mínimo acceso y otros procedimientos quirúrgicos, CARACTERIZADO porque comprende: una interfaz mecánica que conecta a una pantalla para la simulación de un proceso de cirugía; dicha interfaz mecánica contiene dos manillas que simulan pinzas quirúrgicas para la inmersión de los sentidos del usuario; dicha interfaz mecánica contiene un sistema electrónico que se conecta operativamente con una pantalla para generar una interfaz visual; donde dicha interfaz visual contiene gráficas desarrolladas con ejercicios de mothcidad; unas cámaras y unos sensores que aportan información sobre la posición y orientación de los movimientos del usuario en tiempo real, donde dichas cámaras se encuentran en un sistema de gafas de realidad virtual, y los sensores en las manillas; donde dichas cámaras y sensores se conectan operativamente a un software que permite generar una representación estereoscópica a partir de las imágenes tomadas por la cámara; y donde dicha interfaz visual cuenta con objetos tridimensionales de geometrías similares a objetos biológicos y quirúrgicos. El sistema de la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque dicha interfaz mecánica está incluida en un maletín portátil. El sistema de la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque incluye un sistema de importación de modelos de distintos tipos de cirugías. El sistema de la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque las gafas de realidad virtual contienen complementos electrónicos internos para la representación estereoscópica de las cámaras.

5. El sistema de la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque incluye un sistema de arquitectura WEB de almacenamiento de datos.

6. El sistema de la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque dicho software entrega información de los parámetros físicos relacionados con la posición, orientación, distancia y velocidad de las pinzas simuladas basado en las maniobras del usuario sobre las manillas.

7. El sistema de la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque utiliza un entorno tridimensional de juegos y simulaciones creados por motores de simulación.

8. El sistema de la reivindicación 7, CARACTERIZADO porque incluye modelos tridimensionales sobre dicho entorno tridimensional de juegos y simulaciones.

9. El sistema de la reivindicación 7, CARACTERIZADO porque incluye además una caja contenedora de modelos tridimensionales simulada en el entorno tridimensional de juegos y simulaciones. 0. El sistema de la reivindicación 9, CARACTERIZADO porque dicha caja contenedora tiene dimensiones en correspondencia con el procedimiento quirúrgico que se simule. 1. El sistema de la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque incluye un sistema de presentación de resultados de la movilidad del usuario en las simulaciones, donde dichos resultados se presentan de forma visual en la pantalla o son enviados vía WEB. 2. Un dispositivo para simulación de cirugías de mínimo acceso mediante realidad virtual inmersiva, CARACTERIZADO porque comprende: una interfaz mecánica que conecta a una pantalla para la visualización de la simulación de un proceso de cirugía; donde dicha interfaz mecánica contiene dos manillas que simulan pinzas quirúrgicas para la inmersión de los sentidos del usuario; y donde dicha interfaz mecánica almacena en un dispositivo electrónico la información de las simulaciones realizadas. 3. El dispositivo de la reivindicación 10, CARACTERIZADO porque dicha interfaz mecánica está incluida en un maletín portátil.