Herramienta software para la práctica y experimentación de la robótica quirúrgica

Abstract

Indiscutiblemente, la labor de un ingeniero debe estar orientada a resolver las necesidades de potenciales usuarios, a permitirles hacer fácil lo que es difícil. Experimentar el manejo de instrumental sobre un cuerpo humano, buscando además técnicas mínimas invasivas, es un riesgo sobre los resultados que puedan surtir, por ello el desarrollo de ambientes virtuales, herramientas informáticas que trasladen este riesgo, y permitan aprender del error con el mínimo de recursos disponibles, es indiscutiblemente la mejor manera en la que un ingeniero puede llegarse a lucir. En este proyecto, y pensando en la posibilidad de generar un aprendizaje autónomo o independiente (al menos para un mayor grado posible), se desarrolló una herramienta software académica que permite a estudiantes practicar y experimentar con robots quirúrgicos en un ambiente virtual 3D, permitiéndoles no solo conocer las posibles repuestas de comportamiento, sin contar con el hardware para ello (robot), sino también de su comportamiento dentro del espacio de un cuerpo humano (sin poner en riesgo a uno de verdad). Para ello se estudiaron trabajos de grado anteriores, revisando sus potencialidades, adaptándolos a la necesidad hacia la cual estaban enfocados e integrándolos bajo una misma plataforma. Es importante demostrar que las necesidades de usuarios que aún persisten en este mundo, pueden ser atacadas desde la visión del ingeniero, proponer soluciones, facilitar la labor. Para el caso en concreto se trabajó en el tema de las cirugías mini-invasivas a nivel abdominal por medio de una técnica quirúrgica conocida como la laparoscopia, proyectando el uso de robots previamente modelados y llevados a simulación como el robot porta-endoscopio Hibou y el robot quirúrgico LapBot. Para la herramienta se aprovechó el modelo geométrico inverso de cada robot, integrándolos a un espacio único, espacializando la ubicación de sus piezas. El movimiento de sus articulaciones considera un punto de incisión por tratarse de una cirugía mínima invasiva, el cual es representado en coordenadas cartesianas y a partir del mismo se simula el movimiento en el espacio de trabajo (para el caso el abdomen del paciente). La codificación de esta herramienta software se llevó a cabo en un entorno de desarrollo integrado conocido como “Microsoft Visual C++ 2008” para la codificación como tal, y se apoyó en el uso de otras herramientas informáticas de desarrollo como “Blender” para el modelado en 3D, “Qt creator” para el desarrollo de la interfaz y “Make Human” para los pacientes. Una herramienta clave en el proyecto fue el uso de una biblioteca en C++ compuesta por un conjunto de clases para la visualización de gráficos 3D por computador llamada VTK. Y finalmente se obtuvo el software RoboSurgery, llamado así por su desarrollador, ya que este permite realizar procedimientos quirúrgicos en un espacio simulado utilizando robots.

No doubt, the work of an engineer must be guided to solve the needs of potential users, he has to allowed to make easy doing what is difficult, experience the handling of instruments on a human body, seeking in addition minimal invasive techniques, is a risk outcomes that may be valid, therefore the development of virtual environments, computer tools that move this risk, earning from mistakes with the minimum of available resources, It is unquestionably the best way in which an engineer can shine. In this project, and having the possibility to generate an autonomous or independent learning, (at least to a greater extent possible), is developing an academic software tool that allows students to practice and experiment with surgical robots in a 3D virtual environment, allowing them to not only know the possible behavior, without having the hardware to do so (robot), but also their behavior within the space of a body (without putting at risk of a human). To deploy this work we seek on previous degree works, reviewing their potential, adapting them to the needs to which they were focused, integrating them to a single geometric model. It is important to me, demonstrate that the user needs that still in this world, can be attacked from the point of view of an engineer, propose solutions, facilitate the work. For this specific case, it allowed me to work on the issue of mini-invasive abdominal surgery by a surgical technique known as laparoscopy, projecting the use of previously modeled and led to a simulation robot, like the endoscope carrier Hibou and the surgical robot LapBot. The tool took advantage of each robot inverse geometric model, integrating them into a single space, spacializing the location of their parts. The movement of their joints considered a point of incision because it is a minimal invasive surgery, which is represented in Cartesian coordinates and from it simulates movement in the workspace (in case the patient's abdomen). The coding of this software tool was carried out in an integrated development environment known as "Microsoft Visual C++ 2008" for it self, and relied on the use of other tools of development as "Blender" for modeling in 3D, "Qt creator" for the development of the interface, "Make Human" for patients. A key tool in the project was the use of a C++ library composed of a set of classes called VTK computer 3D graphics display. And finally get the software called RoboSurgery, by its developer, since this allows surgical procedures in a simulated space using robots.