Cirurgia Automática no Implante Percutâneo da Valva Aórtica com Realidade Aumentada

Resumo

Este artigo apresenta o projeto e a implementação de um módulo de cirurgia automática baseado em reconstrução 3D baseada em realidade aumentada (AR). O sistema permite a cirurgia remota, permitindo que os cirurgiões inspecionem características reconstruídas e repliquem os movimentos cirúrgicos da mão como se estivessem realizando a cirurgia nas proximidades.

Resumo

A Realidade Aumentada (AR) está em alta demanda em aplicações médicas. O objetivo do artigo é fornecer cirurgia automática usando RA para o implante percutâneo da valva aórtica (TAVI). O TAVI é o procedimento médico alternativo para cirurgia de coração aberto. O TAVI substitui a válvula lesada por uma nova usando um cateter. No modelo existente, a orientação remota é fornecida, enquanto a cirurgia não é automatizada com base na RA. Neste artigo, implantamos uma câmera alinhada espacialmente que é conectada a um motor para a automação da captura de imagens no ambiente cirúrgico. A câmera rastreia a imagem 2D de alta resolução do coração do paciente junto com o banco de testes do cateter. Essas imagens capturadas são carregadas usando o aplicativo móvel para um cirurgião remoto especialista em cardiologia. Esta imagem é utilizada para a reconstrução 3D a partir do rastreamento de imagens 2D. Isso é exibido em um HoloLens como um emulador em um laptop. O cirurgião pode inspecionar remotamente as imagens reconstruídas em 3D com recursos adicionais de transformação, como rotação e dimensionamento. Esses recursos de transformação são ativados por meio de gestos com as mãos. A orientação do cirurgião é transmitida ao ambiente cirúrgico para automatizar o processo em cenários em tempo real. O banco de testes do cateter no campo cirúrgico é controlado pela orientação do cirurgião remoto por gestos manuais. O modelo de protótipo desenvolvido demonstra a eficácia da orientação cirúrgica remota por meio de RA.

Introdução

A RA pode sobrepor o modelo 3D em um ambiente do mundo real. O desenvolvimento tecnológico em direção à RA fez uma mudança de paradigma em muitos campos, ou seja, educação¹, medicina², manufatura³ e entretenimento⁴. A tecnologia AR, juntamente com a comunicação ultraconfiável de baixa latência, prova seu papel inevitável na área médica. Desde o estágio de aprendizado da anatomia humana até a orientação cirúrgica, os estágios de aprendizado podem ser visualizados com software ^5,6 e hardware com ....

Protocolo

1. Ambiente cirúrgico

1. Projete um ambiente cirúrgico conforme mostrado na Figura 1. Certifique-se de que o ambiente tenha um prato de transporte de objetos, um braço robótico e dois braços pendurados lateralmente, um para segurar um espaço reservado para câmera e o outro para ter um fundo branco consistente junto com o módulo de pesagem para balança.
2. Desenvolva dois drivers, um para o instantâneo do ambiente cirúrgico ao vivo, conforme mencionado nas etapas 2.1 a 2.10, e outro para controlar o mecanismo giratório que suporta a vigilância 360°, conforme mencionado nas etapas 3.1 a 3.4.
3. Antes de....

Resultados

O protocolo foi testado com o modelo de simulador de coração. A Figura 2 mostra a configuração esperada para a vigilância ao vivo do campo cirúrgico com a ajuda de câmeras distribuídas espacialmente. As câmeras distribuídas, conforme mostrado na Figura 2, ajudam a aumentar a resolução espacial do campo para uma reconstrução 3D eficaz. No entanto, realizar o posicionamento físico dessas câmeras em vários locais espaciais envolve complexidade. Portanto, otimizamos.......

Discussão

Em um trabalho existente¹⁵, raios-X e tomografias computadorizadas são examinados para localizar o cateter no coração. No entanto, a substituição do TAVI AR estabelece uma nova possibilidade no procedimento cirúrgico do TAVI¹⁸ pela implementação de um modelo automatizado usando reconstrução 3D. Como mencionado na seção de protocolo, este trabalho tem cinco etapas para projetar. O primeiro estágio do DITF²², mencionado na seção 6, que propusemos em no.......

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo

Nome	Empresa	Número de catálogo	Comentários
O software	https://developer.android.com/studio	Android IDE	pode ser baixado neste link
Placa Arduino	Ardunio Uno	Ardunio Uno	Microcontrolador para processamento
software arduino		https://www.arduino.cc/en/software.	O software pode ser baixado neste link
Modelo de fantasma de coração humano	Fabricante e exportador de equipamentos de laboratório de biologia	B071YBLX2V (8B-ZB2Q-H3MS-1)	modelo leve com 3 partes para a análise profunda do coração.
suporte móvel	Humilde suporte universal monopoad	B07S9KNGVS	Para transportar o celular no campo cirúrgico
pycharm	IDE	software https://www.jetbrains.com/pycharm/	software pode ser baixado neste link
Braço robótico	Printed-bots	B08R2JLKYM(P0-E2UT-JSOU)	arm pode ser controlado através de controle signal.it tem 5 graus de liberdade de acesso.
servo motor	Kollmorgen Co-Engineers Motors	MG-966R	servo motor de alto torque, servopulsos variando de 500 a 2500 microssegundos (µ s), com uma frequência de 50Hz a 333Hz.
servomotor	Kollmorgen Co-Engenheiros  Motores	SG-90R	1,8 kg-cm a 2,5 kg-cm de carga podem ser aplicados ao servo SG-90R.
Motor deslizante	28BYJ-48	28BYJ-48	Motor do stépero, C.C. 5V, freqüência de 100 hertz, torque 1200 Gf.cm
Motor deslizante	Nema 23	Nema	, C.C. de 9V - de 42 V, freqüência de 100 hertz

software de Motor do stentador do