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Técnicas de visión artificial para formación en cirugía laparoscópica

Un equipo de investigadores europeos, entre los que se encuentran un grupo de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM), trabaja en el desarrollo de tecnologías de entrenamiento y evaluación quirúrgica basadas en el análisis del vídeo laparoscópico.


FUENTE | UPM - mi+d
11/01/2016
 
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Investigadores del Grupo de Bioingeniería y Telemedicina de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) colaboran con el Centro de Cirugía de Mínima Invasión Jesús Usón, la Delft University of Technology y el Leiden University Medical Centre en el desarrollo de tecnologías para hacer más objetivos los procesos de evaluación de cirujanos en entornos de simulación. En este contexto, han desarrollado EVA Tracking System, un sistema de seguimiento de instrumental quirúrgico que permite monitorizar y analizar los movimientos del instrumental dentro de un simulador, siendo esta la principal fuente de medida objetiva de la pericia quirúrgica. A diferencia de otros sistemas de seguimiento basados en sensores, EVA emplea técnicas de visión artificial para obtener la localización espacial del instrumental laparoscópico a partir, únicamente, de la imagen monoscópica de la cámara. Estas características convierten a EVA en un sistema de seguimiento de bajo coste, portable y que no requiere de la modificación del instrumental. Además, el sistema ha demostrado ser capaz de predecir con alto grado de fiabilidad la pericia de un cirujano en el simulador.

Seguimiento del instrumental en un simulador a partir de análisis del vídeo endoscópico. Fuente: UPM
Seguimiento del instrumental en un simulador a partir de análisis del vídeo endoscópico.
Fuente: UPM

La cirugía laparoscópica permite intervenir a pacientes reduciendo el trauma postoperatorio y favoreciendo una recuperación más rápida. La formación de las habilidades necesarias es compleja y requiere que el cirujano aprenda a operar de manera indirecta, a través de un monitor y sin contacto físico con el interior del cuerpo. De cara a evitar accidentes que puedan poner en riesgo a los pacientes, existe una clara necesidad de desarrollar entornos que permitan adquirir habilidades fuera del quirófano. Un ejemplo de ello son los simuladores, tanto físicos como virtuales.

Uno de estos simuladores ha servido de entorno de pruebas para validar el sistema de seguimiento del instrumental quirúrgico desarrollado por los investigadores de la UPM. A partir de las medidas obtenidas, EVA Tracking System permite calcular distintas métricas objetivas de evaluación gracias a las cuales se puede medir la pericia quirúrgica en una tarea de simulación. Estas métricas son, por ejemplo, el camino total recorrido, la velocidad y/o aceleración media, el uso del espacio del simulador o la brusquedad de movimientos.

Los trabajos de investigación realizados hasta la fecha, además del desarrollo de EVA Tracking System, han descrito su integración en un simulador físico laparoscópico y su uso con cirujanos laparoscopistas. Por un lado, han demostrado que las métricas calculadas permiten discernir la experiencia entre cirujanos expertos y noveles; y se establece la correlación de dichas métricas con las obtenidas por otro sistema de seguimiento óptico. Y por otro, se han empleado los datos de las métricas para entrenar un clasificador que predice la pericia de un cirujano en el simulador con una tasa de acierto de hasta el 83,3%, lo que demuestra una correlación directa entre experiencia previa del cirujano y la realización de una tarea de simulación.

Trayectorias finales medidas en una tarea de simulador. Cada color representa una herramienta distinta. Fuente: UPM
Trayectorias finales medidas en una tarea de simulador. Cada color representa una herramienta distinta.
Fuente: UPM

En la actualidad, el sistema EVA se está integrando en una aplicación que permitirá almacenar y gestionar los datos de los cirujanos, de cara a monitorizar su progreso. Por otro lado, en el marco del proyecto europeo KTS, se trabaja para integrar EVA como dispositivo de control para entornos de simulación virtual o juegos serios.


Oropesa I, Sánchez-Margallo JA, Sánchez-González P, Pagador JB, Tsolkas G, Skarmeas N, Sánchez-Margallo FM, Gómez EJ (2015) Controlling virtual scenarios for minimally invasive surgery training using the EVA Tracking System. Libro de Actas del XXXIII Congreso Anual de la Sociedad Española de Ingeniería Biomédica (CASEIB2015): 431-434.

Oropesa I, Sánchez-González P, Sánchez-Margallo JA, García-Novoa J, Sánchez-Margallo FM, Gómez EJ (2014) EVA: Endoscopic Video Analysis of the Surgical Scene for the Assessment of MIS Psychomotor Skills. XIII Mediterranean Conference on Medical and Biological Engineering and Computing, IFMBE Proceedings, 41:52-56.

Oropesa I, Sánchez-González P, Chmarra MK, Lamata P, Fernández A, Sánchez-Margallo JA, Jansen FW, Dankelman J, Sánchez-Margallo FM and Gómez EJ (2013) EVA: Laparoscopic instrument tracking based on endoscopic video analysis for psychomotor skills assessment, Surgical Endoscopy; 27(3):1029-1039.




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