Artec Space Spider realiza disecciones de vida para la escuela de medicina

Las tecnologías 3D y VR (Realidad Virtual) se están volviendo cada vez más populares en todas las industrias del mundo y especialmente comunes en el campo de la atención médica debido a su precisión, facilidad de uso y versatilidad. Uno de los clientes más antiguos de Artec, IMA solutions, ha participado en un proyecto muy emocionante que presenta una combinación de lo último en escaneo 3D y desarrollos de realidad virtual, y busca alterar significativamente la forma en que se practica y enseña la medicina.

Universidad de Montpellier

Todo comenzó con dos cirujanos del laboratorio de anatomía de Montpellier Medical University, M.D, Ph.D. Guillaume Captier y M.D. Mohamed Akkari, que buscaban resolver ciertas dificultades en la enseñanza de estudiantes de medicina. Las clases requerían el uso de cadáveres reales, y si bien esta era una forma efectiva de aprender sobre la anatomía humana, a menudo surgían problemas con la disponibilidad y los costos de los cadáveres. Realizar disecciones en los cuerpos de los fallecidos es bastante costoso y los estudiantes de medicina inexpertos no siempre realizan una disección adecuada en el primer intento, a menudo dañando o incluso destruyendo múltiples cadáveres a la vez.

Después de una cuidadosa consideración de las opciones disponibles, se tomó la decisión de diseñar una aplicación de disección 3D altamente precisa y en tiempo real, que permitirá a los estudiantes practicar procedimientos y alcanzar un estándar aceptable antes de diseccionar cadáveres reales y también permitirá a los docentes adaptar una forma de enseñanza completamente nueva y efectiva. Esta aplicación versátil y única también podrá ejecutarse en modo examen para verificar el nivel de conocimiento de los estudiantes, lo que les permite perfeccionar sus habilidades médicas, sin tener que usar cadáveres reales.

Para garantizar que los datos de la aplicación fueran lo más realistas y precisos posible, todos los pasos de disección de los cadáveres reales tuvieron que escanearse en 3D y transferirse a la aplicación de capacitación. Los expertos de IMA Solutions emprendieron esta tarea vital. Utilizando el escáner 3D Artec Space Spider de alta precisión, capturaron todas las etapas de disección para proporcionar modelos 3D fotorrealistas para alimentar la aplicación.

Resultado 3D de uno de los paso de disección del cuello con Artec Space Spider. Representación de geometría

Los cirujanos propusieron las áreas del cuerpo para la disección. Un área era el cuello, donde era necesario ver el nervio facial, la anatomía vascular del cuello y la tráquea, así como algunas otras partes. Para asegurarse de que los datos de todas estas áreas estuvieran en la aplicación de formación, se tuvieron que realizar ocho escaneos 3D o capas anatómicas, desde la piel hasta las capas profundas. Debido a que el color del cadáver cambia con el tiempo, todo el escaneo debe realizarse lo más rápido posible, y no debe exceder un máximo de un día, para garantizar que los colores sean los mismos en todas las etapas.

Después de que todos los datos habían sido capturados por el escáner Space Spider 3D, tuvieron que procesarse y acoplarse correctamente en el modelo 3D que se utilizará para la disección virtual. Para lograr esto, IMA Solutions utilizó el práctico y versátil software Geomagic Freeform 3D, muy popular en la industria por sus amplias capacidades de modelado para formas orgánicas. Un usuario experimentado de este software en proyectos anteriores, IMA Solutions valora cómo Freeform le permite manipular objetos 3D en una escena en 3D de forma rápida, así como también ofrece el sentido del tacto con el dispositivo háptico.

"Freeform es un software que utilizamos desde el principio por su capacidad para manipular objetos tridimensionales en una escena en 3D y por la posibilidad de usar dispositivo háptico que aporta el sentido del tacto. Por nuestra parte, utilizamos el dispositivo Phamtom Omni Haptic en combinación con el Freeform. Como el software se basa en un sistema de arcilla voxel, puede usar algunos operadores como Booleans muy rápidamente, o simplemente mantener el objeto más grande en la escena. Además, puedes esculpir en objetos 3D con el dispositivo háptico imitando la escultura en un modelo de arcilla, agregar detalles, modificar formas... En cierto modo, puedes hacer muchas de estas cosas en otro software 3D, pero no en la velocidad de uso de Freeform ".

Para este proyecto de diseño de realidad virtual, los expertos de IMA Solutions utilizan el software Freeform para corregir y mejorar tanto la geometría como las texturas de los modelos 3D capturados. Estas correcciones incluyen agua, esculpir en 3D geometrías pequeñas y texturas 3D. Capturar los diferentes pasos en la disección de cadáveres reales puede ser muy desafiante, especialmente cuando se trata de áreas de tejido graso y vasos sanguíneos. Estos tejidos son parcialmente translúcidos y absorbentes de la luz. Esto puede afectar la calidad del escaneo y el resultado final. Por lo tanto, para estas áreas complejas, donde se pueden ver pequeños artefactos de escaneo en 3D, Geomagic Freeform es una solución fantástica para corregir la geometría y la textura. Todas estas tareas se pueden llevar a cabo con el software compatible con Freeform y el dispositivo háptico, que le permite manipular y esculpir objetos 3D como lo haría en la vida real.

Según Benjamin Moreno, fundador y director general de soluciones de IMA, la combinación del escáner 3D de Artec con el software Freeform es una solución perfecta porque ambos tienen un enfoque práctico y se pueden usar de forma intuitiva, lo que permite al usuario centrarse en su trabajo creativo en lugar de distraerse con problemas técnicos u operaciones técnicas complejas.

"La combinación de los escáneres de Artec con Freeform podría ser una solución perfecta para los artistas digitales, ya que ambos son fáciles de manipular y muy intuitivos de usar. Puede enfocar su atención en su trabajo creativo sin sentirse frustrado por problemas técnicos u operaciones técnicas complejas”.

Resultado 3D de uno de los pasos  de disección de cuello con Freeform para esculpir digitalmente

Durante el proceso de disección, Benjamin y su equipo tuvieron que interactuar con diferentes tejidos, todos con sus propias texturas y propiedades materiales. El primer paso fue realizar pruebas de viabilidad en tres disecciones: dos disecciones del cuello y una disección del área pélvica. Los expertos en escaneo de IMA Solutions querían ver la calidad de los escaneos y poder verificar si aparecían problemas imprevistos. Los resultados iniciales fueron muy emocionantes y el equipo pudo validar el procedimiento de escaneo 3D.

 "Estábamos claramente impresionados por la capacidad de los escáneres de Artec de obtener muy buenas geometrías y texturas en algunos tejidos difíciles de escanear que pueden tener translucidez o difusión y absorción de la luz. ¡La posibilidad de gestionar la sensibilidad del escáner nos ayudó mucho a obtener el 100% de las geometrías y colores, por lo que no se necesitaban preparaciones especiales de cadáveres!”.

Benjamin Moreno, fundador de soluciones de IMA y CEO

Para el escaneo 3D y el procesamiento de datos, se utilizó la última versión del software Artec Studio, donde se aplicaba el filtro de objetos pequeños para eliminar cualquier isla flotante, así como la herramienta de simplificación de malla para generar modelos 3D de polígono bajo para 3D en tiempo real.

Resultado 3D de uno de los pasos de disección del cuello en Artec Studio 12

La ejecución de prueba de la versión final de la aplicación está programada para el cuarto trimestre de 2018, en la Universidad Médica de Montpellier. Mientras tanto, IMA Solutions continúa trabajando en el proyecto piloto, recopilando datos suficientes para crear al menos cinco conjuntos de datos en áreas de anatomía seleccionadas para validar el flujo de trabajo completo, así como mejorar el diseño de la interfaz de usuario y agregar las herramientas necesarias tanto para estudiantes de medicina como cirujanos y obtener lo mejor de esta aplicación interactiva.

Demostración de la primera versión de la aplicación en la Universidad de medicina de Montpellier por el Prof. Guillaume Captier, Jefe del Laboratorio de Anatomía de la Universidad

Prof. Guillaume Captier, interactuando con la aplicación de formación en las primeras etapas de su desarrollo

Estos conjuntos de datos se ejecutarán en la tecnología Inside Explorer de la empresa sueca de alta tecnología, Interspectral. Esta notable tecnología ofrece una experiencia de aprendizaje en 3D interactiva e intuitiva, capaz de mostrar adquisiciones multimodales en tiempo real en 3D, donde es posible combinar tomografías computarizadas, MRI y escaneos 3D en una escena 3D.

La combinación de las últimas tecnologías en 3D y realidad virtual hace posible que las oportunidades de capacitación en atención médica den un gran paso adelante. La integración exitosa de la aplicación de capacitación interactiva en los procesos de educación de salud tendrá grandes beneficios para los estudiantes, profesores y médicos por igual. Los futuros jovenes médicos profesionales tendrán la capacidad de practicar en cadáveres virtuales, sin restricciones por factores tales como su disponibilidad y costo, mientras que los profesores, médicos y otro personal médico con experiencia tendrán acceso a una nueva y revolucionaria forma de enseñar medicina. Invenciones como esta parecían imposibles hace unos pocos años, pero con la implementación de tecnologías nuevas y de vanguardia, esto es solo el comienzo.