Sistema que comprende un equipo informático (1) con una base de datos (11) de una parte anatómica y unos medios de visualización (2) de recreación visual de un modelo virtual,

estando asociado un simulador (4) de la parte anatómica, palpable, posicionable y orientable en el entorno virtual generado por el equipo informático (1), mediante unos medios que proporcionan al usuario una información táctil específica de las diferentes zonas de la parte anatómica reproducida, con el fin de permitir un número indefinido de prácticas de localización táctil en dicho simulador -sin deteriorar el modelo anatómico- (4) de posibles portales de entrada para la zona subsidiaria a ser intervenida quirúrgicamente, mediante técnicas de cirugía de mínimo abordaje. El sistema comprende un simulador (5) de la herramienta posicionable sobre el simulador (4) de la parte anatómica para la interactuación de ambos en el entorno virtual mediante unos medios (3) de seguimiento y posicionamiento del simulador (4) y del simulador (5)

Sistema para la simulación de prácticas quirúrgicas.

Objeto de la invención

La presente invención se refiere a un sistema para la simulación de prácticas quirúrgicas destinado principalmente al entrenamiento en la localización o situación para la realización de los portales de entrada en cirugía de mínima invasión, tal como operaciones de artroscopia, laparoscopia y similares. No obstante, puede utilizarse en cualquier otro sector en el que el problema presentado sea similar.

Antecedentes de la invención

Con el fin de conjugar adecuadamente las vías de aprendizaje tradicional con la aplicación de nuevas tecnologías para la docencia de cirugía de mínima invasión, se preconiza el empleo de sistemas de simulación, mas específicamente, de sistemas de simulación basados en técnicas de realidad virtual, como una herramienta didáctica fundamental en el proceso de formación de los cirujanos de técnicas quirúrgicas mínimamente invasivas o de mínimo abordaje.

Los simuladores existentes en el mercado ya conocidos, constituyen una opción muy interesante como herramienta formativa que se ha extendido en numerosos sectores. La medicina es una de las áreas donde su potencial de utilización es muy grande al permitir mejorar, acelerar y sistematizar el complejo proceso de aprendizaje y contribuir por tanto a la mejora global del sistema sanitario y al incremento de su eficiencia. El interés suscitado por la problemática que se trata de resolver, queda demostrado por el gran número de grupos de investigación que se encuentran trabajando sobre simuladores relacionados con la docencia en medicina.

A continuación se dará una visión general de los simuladores de procedimientos mínimamente invasivos más conocidos. Como podrá observarse, la mayoría de ellos suelen estar relacionados con una intervención específica. Un ejemplo es UroMentor para procedimientos urológicos que proporciona realimentación háptica y entrena la coordinación visuo-motora.

Para operaciones de colonoscopia, por ejemplo, se encuentran: Portable VES, que es un simulador endoscópico con realimentación de fuerza conseguida mediante un novedoso sistema de desarrollo con bolas de goma. El simulador desarrollado por Korner y Manner que realizaron un estudio sobre realimentación de fuerza basándose en cables y tornos deslizantes; o GI Mentor, un simulador comercial con realimentación háptica. Noar et al., al igual que Kuhnapfel et al., estudiaron la simulación de procedimientos endoscópicos. Basdogan et al. simularon una exploración de las vías biliares. Mentice tiene una gama de simuladores para artroscopia de hombro y rodilla y para laparoscopia. El simulador Pre-Op es específico para operaciones de broncoscopia. Para minimizar su coste, combina realimentación de fuerza a través de un dispositivo pasivo con modelos de los tubos bronquiales humanos. Proporciona una guía para habilidades pre y post operativas. Al igual que en el procedimiento real, la mucosidad oscurecerá la visión del cirujano. Este simulador está especialmente diseñado para el entrenamiento en "Endoscopio Retrograde Cholangio pancreatography" (ERCP). Asimismo, se pueden encontrar simuladores específicos de ginecología o de histerescopia. En cuanto a operaciones transuretrales de resección de próstata, se puede encontrar el simulador TURP "Transurethral resection of the prostate Simulator". También existen simuladores que emulan el sangrado o la realización de una sutura virtual, e incluso que pretenden emular a un paciente virtual.

La compañía Inmersión cuenta también con varios simuladores. Posee un simulador de endoscopia "Endoscopy AccuTouch System" en el que la sensación de fuerza la transmite el propio endoscopio flexible imitando la de un procedimiento real. Otro de los simuladores de Inmersión es un simulador endovascular, en el que la realimentación de fuerza la proporciona un Phantom®.

Existe un gran número de entrenadores virtuales asociados con laparoscopias. Un ejemplo es el simulador de laparoscopia "LAP Mentor" de Simbionix que incorpora un módulo de sutura en el paquete de habilidades básicas. Así podemos encontrar otro simulador para laparoscopia que incorpora modelado de objetos rígidos y deformables. El abdomen simulado contiene en su mayoría tejido blando que se deformará cuando entre en contacto con el instrumental, permitiendo un correcto entrenamiento sobre este tipo de tejidos y el que se pueda mover el extremo del instrumental hacia diferentes puntos en el entorno virtual.

El simulador sin realimentación de fuerza (SEP) "SurgicalSim Education Platform" está diseñado para proporcionar un entorno en el que se entrenan habilidades laparoscópicas utilizando instrumental genérico con dispositivos de seguimiento electromagnéticos.

VEST-ONE de la compañía Select-IT es un simulador de laparoscopia con realimentación de fuerza mediante el dispositivo Laparoscopic Impulse Engine de la compañía Immersion. Es el resultado del proyecto KISMET de la Universidad Karlsruhe.

MIST-VR es uno de los simuladores de laparoscopia más consolidados comercialmente. Está diseñado para entrenar a los cirujanos en habilidades clave tales como manejo del instrumental y sutura, pretendiendo mejorar las habilidades., psicomotoras. Comprende doce tareas individuales que requieren movimientos y técnicas similares a las que se usarán en la operación real; sin embargo son tareas abstractas, ya que el entorno en el que se desarrollan no se parece al de una laparoscopia real. Dichas tareas incluyen, por ejemplo, manipulación, sutura y coagulación. Aunque tiene un grado bajo de realismo (pues posee realimentación gráfica pero no háptica), está validado como herramienta de entrenamiento y como método para evaluar habilidades.

En lo referente a simulaciones de artroscopia, existen bastantes referentes bibliográficos sobre el desarrollo de simuladores artroscópicos de rodilla. En 1999, Sherman et al. publican el desarrollo de un simulador para artroscopia de rodilla VEKATS "Virtual Enviroment Knee Arthroscopy Training System". Heng et al. desarrollan, partiendo de una imagen del proyecto Humano Visible, un sistema para artroscopia de rodilla sobre un modelo de caja en vez de sobre una estructura de pierna. Moody et al. publican en 2004 trabajos sobre el "Shefield Haptic Knee Arthroscopy Training System" (WISHKATS) para el entrenamiento de triangulación y diagnóstico artroscópico de rodilla. Bliss et al. publican la experiencia obtenida en la formación artroscópica mediante manipulación del artroscopio y del palpador, la identificación de estructuras anatómicas y la localización de cuerpos libres en la rodilla con el "Procedicus Virtual Arthroscopy Knee trainer" de la compañía Mentice. McCarthy et al. comparan sobre el simulador de rodilla SKATS los resultados de cirujanos expertos frente a los de inexpertos, observando que tras 10 sesiones de entrenamiento, los resultados de los cirujanos inexpertos se aproximan a los obtenidos por los expertos. Weishaupt et al. realizaron una artroscopia virtual sobre un modelo obtenido a partir de imágenes de resonancia magnética. Zhang et al. diseñaron un simulador para artroscopia de rodilla con realimentación de fuerza utilizando un diseño propio de dispositivo háptico. Usan un modelo híbrido de elementos finitos que es capaz de calcular deformaciones no lineales y de tratar cambios topológicos en regiones locales.

La gran mayoría de los desarrollos de simuladores artroscópicos se han hecho para rodilla, mientras que para otras articulaciones son mucho más escasos. Cabe destacar sin embargo la práctica inexistencia de bibliografía referente a simuladores artroscópicos para el hombro. Un simulador muy interesante de artroscopia es insight arthro vr®. También existe el simulador Procedicus VA.

Tal como se ha mencionado, la mayoría de estos simuladores están destinados a simular una operación en concreto y dispone al cirujano aprendiz que está siendo entrenado en la situación concreta, con unos portales predeterminados de antemano. Sin embargo, tan importante como la propia operación es el paso previo de la detección y determinación de los portales de entrada óptimos por los que se deben introducir el endoscopio y los útiles quirúrgicos, no existiendo simuladores para esta técnica concreta.

El entrenamiento mediante el uso de cadáveres o animales; además del coste asociado, de la escasez de cadáveres, y de las diferencias anatómicas en el caso de usar animales,... [Seguir leyendo]

1. Sistema para la simulación de prácticas quirúrgicas; del tipo de los que comprenden un equipo informático (1) con una base de datos (11) de al menos una parte anatómica humana o de un ser vivo, y unos medios de visualización (2) de dichos datos en forma de recreación visual de un modelo virtual caracterizado porque comprende:

- un simulador (4) de una parte anatómica del cuerpo, posicionable y orientable en un entorno virtual generado por el equipo informático (1), estando provisto dicho simulador (4) de unos medios para proporcionar al usuario una información táctil específica de las diferentes zonas de la parte anatómica reproducida por el simulador (4), con el fin de permitir un número indefinido de prácticas de localización táctil en dicho simulador (4) de posibles puntos de incisión para la definición de portales de entrada a la zona a intervenir quirúrgicamente en la parte anatómica reproducida por dicho simulador (4);

- un simulador (5) de la herramienta posicionable sobre el simulador (4) de la parte anatómica para la interactuación de ambos con el equipo informático (1) y,

- unos medios (3) de seguimiento y posicionamiento del simulador (4) de la parte anatómica y del simulador (5) de la herramienta para su interactuación.

2. Sistema, según la reivindicación 1, caracterizado porque el simulador (4) de la parte anatómica del cuerpo comprende un modelo anatómico físico (41) a escala 1:1 palpable.

3. Sistema, según la reivindicación 2, caracterizado porque el modelo anatómico físico (41) comprende diferentes capas (42, 43) de distintas durezas, texturas y consistencias para simular los distintos huesos, músculos y tejidos de la parte anatómica representada para el entrenamiento.

4. Sistema, según la reivindicación 2, caracterizado porque el modelo anatómico físico (41) comprende marcadores (31) para su detección por los medios (3) de seguimiento y posicionamiento en el espacio para su control por parte del equipo informático (1).

5. Sistema, según la reivindicación 1, caracterizado porque el simulador (4) de la parte anatómica del cuerpo comprende al menos un dispositivo háptico (6a) táctil asociado a un modelo anatómico virtual para la recreación táctil de un modelo anatómico desde la base de datos (11) alojada en el equipo informático (1).

6. Sistema, según la reivindicación 5, caracterizado porque el dispositivo háptico (6a) táctil presenta una configuración de guante táctil de realidad virtual.

7. Sistema, según la reivindicación 5, caracterizado porque el dispositivo háptico (6a) táctil presenta una configuración de tipo lápiz.

8. Sistema, según la reivindicación 1, caracterizado porque el simulador (5) de herramienta comprende una herramienta física de incisión con la punta (51) o extremo de incisión retráctil.

9. Sistema, según la reivindicación 1, caracterizado porque el simulador (5) de herramienta comprende al menos un dispositivo háptico (6b) táctil asociado a un modelo funcional virtual para la recreación táctil de la herramienta y de la respuesta que se produce en esta al interactuar con el simulador (4) de la parte anatómica a través del equipo informático (1).

10. Sistema, según la reivindicación 9, caracterizado porque el dispositivo háptico (6a) táctil presenta una configuración de guante táctil de realidad virtual.

11. Sistema, según la reivindicación 9, caracterizado porque el dispositivo háptico (6b) táctil presenta una configuración de tipo lápiz.

12. Sistema, según la reivindicación 1, caracterizado porque el simulador (5) de herramienta comprende medios de información háptica (54) para suministrar al usuario una fuerza de oposición correspondiente con la fuerza de penetración de una herramienta real sobre un miembro real.

13. Sistema, según la reivindicación 12, caracterizado porque los medios de información háptica (54) están conectados con el equipo informático (1) para su regulación según el modelo anatómico almacenado en la base de datos (11), simulando las condiciones de los distintos tejidos que en teoría se están manipulando.

14. Sistema, según la reivindicación 1, caracterizado porque los medios de visualización (2) comprenden al menos un casco HMD de realidad virtual.

15. Sistema, según la reivindicación 1, caracterizado porque los medios de visualización (2) comprenden al menos un monitor de vídeo.

16. Sistema, según la reivindicación 1, caracterizado porque los medios de visualización (2) comprenden al menos un monitor de endoscopia conectado al equipo informático (1) para la recreación de un aparato de endoscopia real.

17. Sistema, según la reivindicación 1, caracterizado porque el equipo informático (1) está asociado a unos medios de adquisición directa o indirecta de datos de al menos una parte anatómica de un paciente para simulación a posteriori de dicha parte anatómica.