Estado del arte de los sistemas de navegación en cirugía hepática

Los avances en instrumentación, tecnologías de localización y en técnicas de procesado de imagen han permitido el desarrollo de la cirugía guiada por imagen (CGI). En concreto, los sistemas de navegación quirúrgicos permiten transferir los estudios preoperatorios, imágenes y decisiones al propio quirófano, sirviendo de apoyo a los cirujanos durante la intervención. Los principales retos de estos sistemas se hallan en su incorporación en cirugías de tejidos blandos, donde la deformación y el movimiento de los órganos complican el desarrollo de estos sistemas. Tal es el caso de las cirugías hepáticas. El presente trabajo recoge un estado del arte de sistemas de navegación centrados en cirugía hepátic

Understanding Perceptual Boundaries in Laparoscopic Surgery

Human perceptual capabilities related to the laparoscopic interaction paradigm are not well known. Its study is important for the design of virtual reality simulators, and for the specification of augmented reality applications that overcome current limitations and provide a supersensing to the surgeon. As part of this work, this article addresses the study of laparoscopic pulling forces. Two definitions are proposed to focalize the problem: the perceptual fidelity boundary, limit of human perceptual capabilities, and the Utile fidelity boundary, that encapsulates the perceived aspects actually used by surgeons to guide an operation. The study is then aimed to define the perceptual fidelity boundary of laparoscopic pulling forces. This is approached with an experimental design in which surgeons assess the resistance against pulling of four different tissues, which are characterized with both in vivo interaction forces and ex vivo tissue biomechanical properties. A logarithmic law of tissue consistency perception is found comparing subjective valorizations with objective parameters. A model of this perception is developed identifying what the main parameters are: the grade of fixation of the organ, the tissue stiffness, the amount of tissue bitten, and the organ mass being pulled. These results are a clear requirement analysis for the force feedback algorithm of a virtual reality laparoscopic simulator. Finally, some discussion is raised about the suitability of augmented reality applications around this surgical gesture

How can video analysis help laparoscopic surgeons?

Automatic analysis of minimally invasive surgical (MIS) video has the potential to drive new solutions that alleviate existing needs for safer surgeries: reproducible training programs, objective and transparent assessment systems and navigation tools to assist surgeons and improve patient safety. As an unobtrusive, always available source of information in the operating room (OR), this research proposes the use of surgical video for extracting useful information during surgical operations. Methodology proposed includes tools' tracking algorithm and 3D reconstruction of the surgical field. The motivation for these solutions is the augmentation of the laparoscopic view in order to provide orientation aids, optimal surgical path visualization, or preoperative virtual models overla

Methods and Tools for Objective Assessment of Psychomotor Skills in Laparoscopic Surgery

Training and assessment paradigms for laparoscopic surgical skills are evolving from traditional mentor–trainee tutorship towards structured, more objective and safer programs. Accreditation of surgeons requires reaching a consensus on metrics and tasks used to assess surgeons’ psychomotor skills. Ongoing development of tracking systems and software solutions has allowed for the expansion of novel training and assessment means in laparoscopy. The current challenge is to adapt and include these systems within training programs, and to exploit their possibilities for evaluation purposes. This paper describes the state of the art in research on measuring and assessing psychomotor laparoscopic skills. It gives an overview on tracking systems as well as on metrics and advanced statistical and machine learning techniques employed for evaluation purposes. The later ones have a potential to be used as an aid in deciding on the surgical competence level, which is an important aspect when accreditation of the surgeons in particular, and patient safety in general, are considered. The prospective of these methods and tools make them complementary means for surgical assessment of motor skills, especially in the early stages of training. Successful examples such as the Fundamentals of Laparoscopic Surgery should help drive a paradigm change to structured curricula based on objective parameters. These may improve the accreditation of new surgeons, as well as optimize their already overloaded training schedules

Método de seguimiento 3D del instrumental quirúrgico mediante análisis de vídeo laparoscópico

El seguimiento 3D del instrumental laparoscópico ofrece nuevas posibilidades para la mejora de la formación quirúrgica y el desarrollo de nuevas aplicaciones quirúrgicas de realidad aumentada. Este trabajo presenta un método original para determinar la orientación y posición del extremo del instrumental en el espacio con respecto al endoscopio, haciendo uso de información segmentada en la imagen y del campo de visión del endoscopio. Los resultados muestran un error máximo de posicionamiento de 9,28 mmRMS, cuyo origen es debido a imprecisiones en la estimación de los bordes en la imagen. Este método aparece como una alternativa a otras soluciones basadas en sensores de posición más caras y complejas de integrar en quirófano

Automatic generation of models for abdominal aortic aneurysms and intraluminal thrombus based on hexahedral meshes

To propose an automated patient-specific algorithm for the creation of accurate and smooth meshes of the aortic anatomy, to be used for evaluating rupture risk factors of abdominal aortic aneurysms (AAA). Finite element (FE) analyses and simulations require meshes to be smooth and anatomically accurate, capturing both the artery wall and the intraluminal thrombus (ILT). The two main difficulties are the modeling of the arterial bifurcations, and of the ILT, which has an arbitrary shape that is conforming to the aortic wall

La relevancia de las métricas de movimiento en la evaluación objetiva de habilidades motoras en cirugía laparoscópica

El presente trabajo investiga la relevancia de las métricas de movimiento en la evaluación objetiva de habilidades laparoscópicas, así como su correlación directa a dichas habilidades. Se ha realizado una validación de construcción de tres nuevas tareas para la evaluación de cirujanos. Para registrar los movimientos, se ha empleado el sistema de tracking TrEndo. 42 voluntarios (16 noveles, 22 residentes y 4 expertos) participaron en el experimento. Los resultados muestran que tiempo, camino recorrido y profundidad son métricas de evaluación válidas para un amplio espectro de habilidades. Otras métricas como la brusquedad de movimientos o el tiempo muerto demuestran validez en tareas bi-manuales. Métricas como la brusquedad o la velocidad media muestran un alto grado de independencia con respecto a los objetivos de la tarea a realizar. Se verifica la utilidad de este tipo de métricas, si bien son necesarios nuevos estudios que corroboren los resultados alcanzados

Localización del punto de trócar basada en análisis de vídeo laparoscópico

Los sistemas de navegación quirúrgica ayudan a solventar las limitaciones de las técnicas quirúrgicas de mínima invasión, dotando al cirujano de una orientación intuitiva y cómoda. El análisis del vídeo laparoscópico es una solución novedosa para llevar a cabo el seguimiento del instrumental quirúrgico, la reconstrucción de la información de profundidad y el registro intraoperatorio. El presente trabajo de investigación propone una solución para la obtención de la posición de los trócares a partir del análisis de las secuencias de vídeo endoscópico, posición que sirva de punto de referencia para el registro intraoperatorio. El método se basa en determinar el punto donde pivota la herramienta analizando parejas de fotogramas, y emplea un umbral de calidad de la posición basada en la ortogonalidad de las recta

Evaluación de habilidades motoras en cirugía de mínima invasión basada en el análisis del vídeo laparoscópico

En el presente trabajo se muestran los resultados preliminares de validación de un sistema de evaluación de habilidades motoras en cirugía de mínima invasión (CMI) basado en el seguimiento por vídeo del instrumental quirúrgico. El sistema, en fase de prototipo aún, se valida con 42 participantes (16 noveles, 22 residentes y 4 expertos). En esta primera fase del trabajo se han analizado varias métricas obtenidas a partir del 2D de la imagen. El sistema presenta validez para las métricas de tiempo, camino recorrido, velocidad media y eficiencia de espacio. A falta de implementar una versión definitiva capaz de llevar a cabo procesamiento en tiempo real de múltiples herramientas, y de la validación de métricas obtenidas a partir del 3D, se demuestra la viabilidad de construir entornos de formación basados en tecnologías de video, que sean transparentes al cirujano