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Simulación, planificación quirúrgica y cirugía guiada por imagen

 
  
Descripción de la investigación

La cirugía de mínima invasión (CMI) se ha introducido en rutina clínica, convirtiéndose en el estándar en muchos de los procedimientos quirúrgicos actuales. Entre las múltiples ventajas para el paciente, destacan el menor trauma tisular, las menores complicaciones postoperatorias, así como la mejora del resultado cosmético. Se acortan, además, significativamente los tiempos de recuperación y costes correspondientes. Sin embargo, lleva asociadas dificultades para el cirujano. Se requiere un largo periodo de aprendizaje en el quirófano y la supervisión estrecha por un experto. Además no existen estándares para el entrenamiento y acreditación de los cirujanos. 

Hay una presión creciente de desarrollar programas de entrenamiento más seguros, reproducibles y objetivos. Simulación, entrenamiento y cirugía giuada por imagen pueden beneficiarse del uso de imágenes médicas junto con imágenes de video capturadas por el endoscopio. Más específicamente, las imágenes de video pueden usarse para: (1) Entrenamiento y evaluación de habilidades basados en métricas objetivas centradas en los movimientos de las herramientas y los cambios en las estructuras anatómicas; (2) reconstrucción 3D para la adquisición de un mapa de profundidad asociado con la escena quirúgica, y (3) registro intraoperatorio del video con modelos virtuales específicos del paciente (registro imagen a realidad) para guiar a los cirujanos durante la intervención.

Las principales áreas de investigación son las siguientes.

Simulación y planificación quirúrgica en CMI

El objetivo principal de esta línea de trabajo es el desarrollo de nuevas tecnologías que faciliten los procesos formativos en CMI, ofreciendo nuevas herramientas y entonros basados en tecnologías web y soluciones de realidad virtual.

Formación basada en tecnologías web:

La incorporación de las tecnologías web para el entrenamiento de las habilidades cognitivas puede ser de utilidad para la optimización de los programas de formación, permitiendo una formación ubicua y personalizada de los nuevos cirujanos y de los cirujanos expertos. Combinadas con el potencial de los vídeos laparoscópicos, la formación basada en e-learning ofrece una alternativa viable a los cursos presenciales, rompiendo las barreras de tiempo, espacio y costes asociados.

Esta línea de investigación se centra en el diseño y desarrollo de entornos de formación web colaborativos para el entrenamiento de las habilidades cognitivas en CMI. El análisis del vídeo laparoscópico permite extraer información relevante de la escena quirúrgica. Esta información puede jugar un papel fundamental en los procesos formativos, dando lugar a nuevos contenidos didácticos interactivos que hagan más atractivo y eficaz este nuevo paradigma de formación. En este sentido, se ha diseñado y desarrollado una herramienta de autoría de contenidos didácticos centrada en torno al uso del vídeo laparoscópico.

Simuladores de Realidad Virtual:

La adopción de las técnicas quirúrgicas en CMI requiere la adquisición de nuevas habilidades por parte de los profesionales sanitarios, y las oportunidades de aprendizaje son complejas y costosas. Es fundamental disponer de herramientas de formación de cirujanos, en entornos controlados y reproducibles, basadas en los simuladores virtuales como herramienta de adquisición de habilidades motoras.

Esta línea de investigación tiene por objetivo principal diseñar y desarrollar simuladores de realidad virtual para la formación y evaluación objetiva de técnicas quirúrgicas de CMI (Fig. 3-a). Asimismo, se persigue diseñar y desarrollar herramientas multimedia de formación para cirujanos, que complementen al simulador virtual (Fig. 3-b).

Además, esta línea de investigación tiene por subobjetivos determinar el grado de realismo necesario en la simulación quirúrgica (concretamente la necesidad de la realimentación de fuerzas) y detectar limitaciones en la interacción del cirujano para así proponer nuevos diseños ergonómicos de herramientas.

Análisis de Vídeo Endoscópico:

Esta investigación se centra en el desarrollo de nuevas tecnologías y métodos que permitan el análisis en tiempo real de las intervenciones quirúrgicas. Más específicamente, se permite extraer información del vídeo quirúrgico mediante el análisis de la imagen captada por el endoscopio  (imagen monoscópica) en el quirófano. Esta información permite obtener la posición relativa de los objetos presentes en la escena, sus movimientos, trayectorias, etc. 

Se distinguen tres campos principales de investigación: (1) Detección y seguimineto del instrumental quirúrgico; (2) Reconstrucción tridimensional de la escena quirúrgica; (3) Segmentación de órganos.

  

Evaluación de habilidades:

Esta línea de investigación aborda nuevas vías para mejorar y optimizar los procesos de acreditación de cirujanos, con la búsqueda de nuevas métricas objetivas de evaluación y nuevas herramientas para su adquisición y análisis, basado en la información del vídeo quirúrgico.

El principal objetivo es el diseño de soluciones para la evaluación de habilidades tanto en entornos de laboratorios (simuladores físicos y virtuales) como en el quirófano. Este objetivo se puede dividir en:

· La definición y validación de tareas y entornos de evaluación de habilidades motoras en CMI. 

· El desarrollo y validación de un sistema de seguimiento de instrumental quirúrgico basado en el análisis del vídeo endoscópico que proporcione información acerca de los movimientos del cirujano de manera no intrusiva y transparente (Fig. 5).

· El desarrollo y validación de herramientas de clasificación de la pericia quirúrgica, para la determinación automática y objetiva de competencias.

 

 

Cirugía Guiada por Imagen

El objetivo principal de esta línea de investigación es el diseño y desarrollo de nuevos sistemas de navegación quirúrgico que ayuden al cirujano durante la intervención, dotándoles de información adicional mediante realidad aumentada, mejorando su orinetación, precisión y seguridad del paciente. 

En la línea se distinguen dos áreas de aplicación:

Cateterismo guiado por imagen:

La medicina moderna está avanzando irreversiblemente hacia procedimientos quirúrgicos menos invasivos. Las técnicas convencionales de cirugía abierta están siendo reemplazadas por intervenciones que reducen el trauma debido al acceso y por lo tanto minimizan el dolor y el periodo de hospitalización para los pacientes. El inconveniente de estas técnicas es que es requiere enormes esfuerzos a los intervencionistas, conllevando inaceptables riesgos para el paciente 

El objetivo principal de esta línea de investigación es la creación de una plataforma ICT que cubra el espacio entre la realidad del catéter dentro del sistema cardiovascular y la manera en la que esa realidad es presentada y accesible al intervencionista. Para la consecución de este objetivo principal se trabaja en los siguientes subobjetivos: 

· Segmentación robusta frente a la variabilidad de la calidad de la imagen médica de las estructuras de interés .

· Construcción del modelo y parametrización de la anatomía vascular. Detección automática de zonas de riesgo en la pared aórtica. 

· Diseño y desarrollo de una interfaz gráfica avanzada, en la que se diseñe una estrategia de visualización que muestre únicamente la información relevante para cada actividad quirúrgica.

Resecciones hepáticas guiadas por imagen y vídeo:

La introducción de nuevos sistemas de navegación en el quirófano persigue compensar algunas de las limitaciones a las que debe enfrentarse un cirujano al llevar a cabo un abordaje de mínima invasión. A pesar del potencial que presentan estos sistemas, su uso no se halla muy extendido en cirugías de tejidos blandos por las dificultades que conlleva su desarrollo.

Esta línea de investigación propone un nuevo paradigma para la navegación hepática, basada en el seguimiento de estructuras basado en vídeo (y por tanto transparente al cirujano) y en el modelado biomecánico del hígado, que permitan estimar con precisión la situación intraoperatoria de sus elementos en cada momento. Este nuevo paradigma ha sido bautizado con el nombre de cirugía guiada por imagen y vídeo.

Los objetivos específicos son:

· Explotar la información tanto del vídeo endoscópico como del modelado biomecánico de las estructuras anatómicas. 

· Seguir los elementos presentes en la escena quirúrgica: órganos, herramientas y endoscopio. 

· Diseñar, desarrollar y validar un prototipo de navegador en resecciones hepáticas.

 
Centros colaboradores

 

Centro de Cirugía de Mínima Invasión Jesús Usón

El Centro de Cirugía de Mínima Invasión Jesús Usón (CCMIJU) es un centro de referencia en formación e investigación en el ámbito de la CMI. Está especializado en la organización de cursos de formación básicos y avanzados, que incluyen sesiones prácticas basadas en su modelo de formación piramidal. La colaboración entre ambos centros está coordinada por el Dr. Francisco M. Sánchez Margallo, Director Científico del CCMIJU.

Hospital Universitario Son Llàtzer 

 El Hospital Son Llàtzer fue pionero en Europa en la generación y el uso de sistemas de informatización hospitalaria. El método implantado permite gestionar toda la documentación escrita, las peticiones de pruebas médicas, la recepción de resultados y las imágenes a través del sistema informático. 

Hospital Universitario "Puerta de Hierro"

Además de su actividad asistencial, este hospital tiene un papel fundamental como un centro de formación e investigación. La colaboración se establece con el Servicio de Cirugía Mayor Ambulatoria, y especialmente, con el Dr. Gualterio Sanmartín de Castro. 

Leuven Medical Technology Center

El Leuven Medical Technology Center es un centro de colaborativo que engloba grupos de investigación del University Hospital of Leuven y la Catholic University of Leuven (K.U.Leuven). 

The Interventional Centre

El Interventional Centre es un centro de investigación y desarrollo centrado en la imagen médica y la cirugía guiada por imagen, dentro del Oslo University Hospital y la Faculty of Medicine de la University of Oslo. 

Delft University of Technology 

El Minimally Invasive Surgery and Interventional Techniques (MISIT) de la Delft University of Technology (TUDelft) trabaja en mejorar los procesos de cirugía guiada por imagen a través del desarrollo de nuevas herramientas y sistemas de entrenamiento. La colaboración se realiza de manera conjunta con el Leiden University Medical Center (LUMC).

SINTEF

SINTEF es un centro de investigación multidisciplinar que posee experiencia en tecnología, medicina y ciencias sociales. SINTEF trabaja en colaboración con la Norwegian University of Science and Technology (NTNU) enTrondheim, y colabora con la University of Oslo.

 


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