Posicionamiento de LapBot en un ambiente tridimensional virtual usando interfaz háptica

Abstract

En el mercado hay simuladores quirúrgicos como LAP Mentor, un simulador quirúrgico multi-disciplinario que permite la práctica de uno o varios alumnos, ó ProMIS que permite a los cirujanos entrenarse en modelos virtuales y físicos del cuerpo humano, en una misma unidad. Éstos son de gran utilidad para el entrenamiento de cirujanos, el problema es que tienen un costo elevado y muchas universidades no pueden acceder a ellos. Este proyecto se constituye en la primera fase para el desarrollo de un simulador quirúrgico virtual, cuenta con un robot para laparoscopia (LapBot) que será posicionado a través de la interfaz háptica en el ambiente tridimensional, construido usando el programa de representación gráfica por computador Ogre3D. Se usa el kit para desarrollo de software OgreHaptics, que permite comunicar la interfaz háptica con el motor de renderizado gráfico, para lograr que un objeto virtual creado en Ogre3D siga el movimiento generado por el usuario en el mundo real con la interfaz háptica Novint Falcon. Se implementa el modelo geométrico inverso (MGI), en el lenguaje de programación C++, que permite calcular los valores de las variables θj (variable articular de rotación [rad]) y rj (variable articular de traslación [m]) asociadas a las articulaciones, dependiendo de la orientación y localización deseada del efector final del robot en el espacio cartesiano (x, y, z). Para aumentar la sensación de inmersión del usuario en el entorno se obtiene la detección de colisión haciendo uso del motor físico PhysX que utiliza un “wrapper” físico llamado NxOgre para ser usado con Ogre3D, y se genera una realimentación de fuerza al dispositivo, con lo cual el usuario puede sentir cuando el efector final del robot toca las paredes del abdomen simulado del paciente.

In the market there are surgical simulators as LAP Mentor, a multi-disciplinary surgical simulator that allows the practice of one or more students, or ProMIS that allows surgeons to train in virtual and physical models of the human body in one unit. These are useful for training surgeons, the problem is they are expensive and many universities can’t access them. This project constitutes the first phase of the development of a virtual surgical simulator that has a robot for laparoscopy (LapBot) to be positioned through the Novint Falcon Haptic Interface in a three-dimensional environment, built using the graphical representation computer program named Ogre3D. Using the software development kit OgreHaptics, which allows communicating the haptic interface with graphic rendering engine to achieve that a virtual object created in Ogre3D follow the movement generated by the user in the real world with the haptic interface Novint Falcon. Is implemented inverse geometric model (MGI), in the programming language C++, for calculating the values of the variables θj (rotation joint variable [rad]) and rj (translational joint variable [m]) associated with the joints, depending on the orientation and desired location of the end effector in cartesian space (x, y, z). To increase the feeling of immersion to the user in the environment is performed collision detection using the PhysX physics engine through physics "wrapper” named NxOgre to use with Ogre3D, and to generate a force feedback to the device, thereby the user can feel when the end effector touches the walls of the simulated patient's abdomen.