Algoritmos generales para simuladores de cirugía laparoscópica

Recent advances in fields such as modeling of deformable objects, haptic technologies, immersive technologies, computation capacity and virtual environments have created the conditions to offer novel and suitable training tools and learning methods in the medical area. One of these training tools is the virtual surgical simulator, which has no limitations of time or risk, unlike conventional methods of training. Moreover, these simulators allow for the quantitative evaluation of the surgeon performance, giving the possibility to create performance standards in order to define if the surgeon is well prepared to execute a determined surgical procedure on a real patient. This paper describes the development of a virtual simulator for laparoscopic surgery. The simulator allows the multimodal interaction between the surgeon and the surgical virtual environment using visual and haptic feedback devices. To make the experience of the surgeon closer to the real surgical environment a specific user interface was developed. Additionally in this paper we describe some implementations carried out to face typical challenges presented in surgical simulators related to the tradeoff between real-time performance and high realism; for instance, the deformation of soft tissues are simulated using a GPU (Graphics Processor Unit) -based implementation of the mass-spring model. In this case, we explain the algorithms developed taking into account the particular case of a cholecystectomy procedure in laparoscopic surgery.Recientes avances en áreas tales como modelación computacional de objetos deformables, tecnologías hápticas, tecnologías inmersivas, capacidad de procesamiento y ambiente virtuales han proporcionado las bases para el desarrollo de herramientas y métodos de aprendizaje confiables en el entrenamiento médico. Una de estas herramientas de entrenamiento son los simuladores quirúrgicos virtuales, los cuales no tienen limitaciones de tiempo o riesgos a diferencia de los métodos convencionales de entrenamiento. Además, dichos simuladores permiten una evaluación cuantitativa del desempeño del cirujano, dando la posibilidad de crear estándares de desempeño con el fin de definir en qué momento un cirujano está preparado para realizar un determinado procedimiento quirúrgico sobre un paciente. Este artículo describe el desarrollo de un simulador virtual para cirugía laparoscópica. Este simulador permite la interacción multimodal entre el cirujano y el ambiente virtual quirúrgico usando dispositivos de retroalimentación visual y háptica. Para hacer la experiencia del cirujano más cercana a la de una ambiente quirúrgico real se desarrolló una interfaz cirujano-simulador especial. Adicionalmente en este artículo se describen algunas implementaciones que solucionan los problemas típicos cuando se desarrolla un simulador quirúrgico, principalmente relacionados con lograr un desempeño en tiempo real mientras se sacrifica el nivel de realismo de la simulación: por ejemplo, la deformación de los tejidos blandos simulados usando una implementación del modelo masa-resorte en la unidad de procesamiento gráfico. En este caso se describen los algoritmos desarrollados tomando en cuenta la simulación de un procedimiento laparoscópico llamado colecistectomía

Estudi de la coautoria de publicacions científiques entre UPC i nou universitats dels Estats Units: Brown University, University of Chicago, Northwestern University, Stanford University, Columbia University, Cornell University, Harvard University, Princeton University i Duke University

S'analitza la coautoria de la UPC amb autors vinculats a institucions acadèmiques dels Estats Units, per totes les àrees temàtiques i sense considerar límits cronològics o documentals.Postprint (published version

Synchronized Illumination Modulation for Digital Video Compositing

Informationsaustausch ist eines der Grundbedürfnisse der Menschen. Während früher dazu Wandmalereien,Handschrift, Buchdruck und Malerei eingesetzt wurden, begann man später, Bildfolgen zu erstellen, die als sogenanntes ”Daumenkino” den Eindruck einer Animation vermitteln. Diese wurden schnell durch den Einsatz rotierender Bildscheiben, auf denen mit Hilfe von Schlitzblenden, Spiegeln oder Optiken eine Animation sichtbar wurde, automatisiert – mit sogenannten Phenakistiskopen,Zoetropen oder Praxinoskopen. Mit der Erfindung der Fotografie begannen in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts die ersten Wissenschaftler wie Eadweard Muybridge, Etienne-Jules Marey und Ottomar Anschütz, Serienbildaufnahmen zu erstellen und diese dann in schneller Abfolge, als Film, abzuspielen. Mit dem Beginn der Filmproduktion wurden auch die ersten Versuche unternommen, mit Hilfe dieser neuen Technik spezielle visuelle Effekte zu generieren, um damit die Immersion der Bewegtbildproduktionen weiter zu erhöhen. Während diese Effekte in der analogen Phase der Filmproduktion bis in die achtziger Jahre des 20.Jahrhunderts recht beschränkt und sehr aufwendig mit einem enormen manuellen Arbeitsaufwand erzeugt werden mussten, gewannen sie mit der sich rapide beschleunigenden Entwicklung der Halbleitertechnologie und der daraus resultierenden vereinfachten digitalen Bearbeitung immer mehr an Bedeutung. Die enormen Möglichkeiten, die mit der verlustlosen Nachbearbeitung in Kombination mit fotorealistischen, dreidimensionalen Renderings entstanden, führten dazu, dass nahezu alle heute produzierten Filme eine Vielfalt an digitalen Videokompositionseffekten beinhalten. ...Besides home entertainment and business presentations, video projectors are powerful tools for modulating images spatially as well as temporally. The re-evolving need for stereoscopic displays increases the demand for low-latency projectors and recent advances in LED technology also offer high modulation frequencies. Combining such high-frequency illumination modules with synchronized, fast cameras, makes it possible to develop specialized high-speed illumination systems for visual effects production. In this thesis we present different systems for using spatially as well as temporally modulated illumination in combination with a synchronized camera to simplify the requirements of standard digital video composition techniques for film and television productions and to offer new possibilities for visual effects generation. After an overview of the basic terminology and a summary of related methods, we discuss and give examples of how modulated light can be applied to a scene recording context to enable a variety of effects which cannot be realized using standard methods, such as virtual studio technology or chroma keying. We propose using high-frequency, synchronized illumination which, in addition to providing illumination, is modulated in terms of intensity and wavelength to encode technical information for visual effects generation. This is carried out in such a way that the technical components do not influence the final composite and are also not visible to observers on the film set. Using this approach we present a real-time flash keying system for the generation of perspectively correct augmented composites by projecting imperceptible markers for optical camera tracking. Furthermore, we present a system which enables the generation of various digital video compositing effects outside of completely controlled studio environments, such as virtual studios. A third temporal keying system is presented that aims to overcome the constraints of traditional chroma keying in terms of color spill and color dependency. ..