Cirugía automática en reemplazo valvular aórtico transcatéter mediante realidad aumentada

Resumen

En este artículo se presenta el diseño e implementación de un módulo de cirugía automática basado en reconstrucción 3D basado en realidad aumentada (RA). El sistema permite la cirugía a distancia al permitir a los cirujanos inspeccionar las características reconstruidas y replicar los movimientos quirúrgicos de la mano como si estuvieran realizando la cirugía en estrecha proximidad.

Resumen

La Realidad Aumentada (RA) tiene una gran demanda en aplicaciones médicas. El objetivo del trabajo es proporcionar cirugía automática mediante RA para el reemplazo valvular aórtico transcatéter (TAVI). El TAVR es el procedimiento médico alternativo para la cirugía a corazón abierto. El TAVR reemplaza la válvula lesionada por la nueva mediante un catéter. En el modelo actual, se da orientación remota, mientras que la cirugía no está automatizada en base a la RA. En este artículo, implementamos una cámara alineada espacialmente que está conectada a un motor para la automatización de la captura de imágenes en el entorno quirúrgico. La cámara rastrea la imagen 2D de alta resolución del corazón del paciente junto con el banco de pruebas del catéter. Estas imágenes capturadas se cargan mediante la aplicación móvil a un cirujano remoto experto en cardiología. Esta imagen se utiliza para la reconstrucción 3D a partir del seguimiento de imágenes 2D. Esto se ve en un HoloLens como un emulador en una computadora portátil. El cirujano puede inspeccionar de forma remota las imágenes reconstruidas en 3D con funciones de transformación adicionales, como la rotación y el escalado. Estas características de transformación se habilitan a través de gestos con las manos. La orientación del cirujano se transmite al entorno quirúrgico para automatizar el proceso en escenarios en tiempo real. El banco de pruebas del catéter en el campo quirúrgico se controla mediante la guía de gestos de la mano del cirujano remoto. El modelo prototipo desarrollado demuestra la eficacia de la guía quirúrgica a distancia a través de la RA.

Introducción

La RA puede superponer el modelo 3D en un entorno real. El desarrollo tecnológico hacia la RA ha supuesto un cambio de paradigma en muchos campos, a saber, la educación¹, la medicina², la fabricación³ y el entretenimiento⁴. La tecnología de realidad aumentada, junto con una comunicación ultrafiable de baja latencia, demuestra su papel inevitable en el campo de la medicina. Desde la etapa de aprendizaje de la anatomía humana hasta la guía quirúrgica, las etapas de aprendizaje se pueden visualizar con software ^5,6

Protocolo

1. Entorno quirúrgico

1. Diseñe un entorno quirúrgico como se muestra en la Figura 1. Asegúrese de que el entorno tenga un plato para transportar objetos, un brazo robótico y dos brazos para colgar lateralmente, uno para sostener un marcador de posición de la cámara y el otro para tener un fondo blanco consistente junto con el módulo de pesaje para el equilibrio.
2. Desarrolle dos controladores, uno para la instantánea del entorno quirúrgico en vivo, como se menciona en los pasos 2.1 a 2.10, y el otro para controlar el mecanismo giratorio que admite la vigilancia de 360°, como se mencionó en los pasos 3.1 a ....

Resultados

El protocolo se probó con el modelo de corazón fantasma. La Figura 2 muestra la configuración esperada para la vigilancia en vivo del campo quirúrgico con la ayuda de cámaras distribuidas espacialmente. Las cámaras distribuidas, como se muestra en la Figura 2, ayudan a aumentar la resolución espacial del campo para una reconstrucción 3D efectiva. Sin embargo, darse cuenta de la ubicación física de esas cámaras en varias ubicaciones espaciales implica complejidad.......

Discusión

En un trabajo existente¹⁵, se examinan las radiografías y las tomografías computarizadas para localizar el catéter en el corazón. Sin embargo, el reemplazo del AR TAVR establece una nueva posibilidad en el procedimiento quirúrgico TAVR¹⁸ mediante la implementación de un modelo automatizado mediante reconstrucción 3D. Como se mencionó en la sección de protocolo, este trabajo tiene cinco etapas para diseñar. La primera etapa del DITF²², mencionada en l.......

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
El software IDE de Android		https://developer.android.com/studio	software se puede descargar desde este enlace
Placa Arduino	Ardunio Uno	Ardunio Uno	Microcontrolador para el procesamiento
software	https://www.arduino.cc/en/software de software Arduino	.	El software se puede descargar desde este enlace
Modelo fantasma del corazón humano	Fabricante y exportador de equipos de laboratorio de biología	B071YBLX2V(8B-ZB2Q-H3MS-1)	modelo liviano con 3 partes para el análisis profundo del corazón.
soporte móvil	Humilde soporte universal de monopoada	B07S9KNGVS	Para llevar el móvil en el campo quirúrgico
pycharm IDE	software	https://www.jetbrains.com/pycharm/	software se puede descargar desde este enlace
Brazo robótico	Bots impresos	B08R2JLKYM(P0-E2UT-JSOU)	brazo se puede controlar a través del control signal.it tiene 5 grados de libertad de acceso.
servomotor	Kollmorgen Co-Engineers Motors	MG-966R	servomotor de alto par, servo pulsos que van desde 500 a 2500 microsegundos (µ s), con una frecuencia de 50 Hz a 333 Hz.
servomotor	Kollmorgen Co-Ingenieros  Los motores	SG-90R	1,8 kg-cm a 2,5 kg-cm de carga se pueden aplicar al servo SG-90R.
Motor paso a paso	28BYJ-48	28BYJ-48	Motor Steper, 5V DC, 100 Hz frecuencia, par 1200 Gf.cm
Motor paso a paso	Nema 23	Nema	Motor Steper, 9V - 42 V DC, frecuencia 100 Hz

de de