Laparoscopic Cholecystectomy Training Module/Module 3: Laparoscopic Simulator/es

▼Creado por IntelliVision para el Desafío Global de Entrenamiento Quirúrgico .No es de edición abierta .

Módulo 3 del Módulo de Capacitación en Colecistectomía Laparoscópica

Adquisición de habilidades psicomotoras

La simulación virtual ha sido una herramienta muy valiosa para la enseñanza de habilidades psicomotoras, y esto se ha demostrado también en el campo de la cirugía laparoscópica. La principal dificultad de la cirugía laparoscópica radica en que el cirujano visualiza los órganos abdominales en una pantalla. Debe operar en un entorno tridimensional mientras observa una imagen de vídeo bidimensional, y además, debe mover los instrumentos en la dirección opuesta a la prevista. Esto supone un gran reto, y las habilidades psicomotoras necesarias para realizar estas tareas son fundamentales.

En las cirugías abiertas tradicionales, la mayoría de los cirujanos operan con la mano derecha, mientras que la izquierda permanece inactiva. En cambio, en la laparoscopia se espera que sean ambidiestros, es decir, que ambas manos realicen las tareas simultáneamente. Además, la dirección de acceso a los órganos es fija, ya que el punto de introducción inicial de los instrumentos no cambia. Asimismo, la magnificación de los órganos supone un importante desafío cognitivo: cuanto mayor es el aumento del telescopio, mayor es la magnificación. Por lo tanto, la perspectiva de los órganos varía a lo largo de la cirugía.

Además, el tamaño minúsculo de los instrumentos plantea numerosos desafíos. Las fuerzas necesarias para sujetar un tejido u órgano son sin duda diferentes a las que se ejercen al usar toda la mano y a las que se aplican con un instrumento relativamente afilado. Los tejidos no se perciben de la misma manera que una mano, ya que varias articulaciones del instrumento impiden la transmisión precisa de las fuerzas aplicadas (es decir, se produce una pérdida de transmisión de fuerza). Por lo tanto, se requiere un amplio aprendizaje para que un cirujano pueda sujetar tejidos u órganos con delicadeza, sin causar lesiones.

El principal problema específico de la colecistectomía laparoscópica radica en la alteración del tejido, que depende de la inflamación y del momento de la intervención. Pueden presentarse diversas alteraciones patológicas en la vesícula biliar, como fibrosis y contractura. En ocasiones, la impactación prolongada de un cálculo biliar puede provocar la erosión de la pared vesicular. Comprender estos cambios y seleccionar las técnicas adecuadas para cada caso es fundamental para realizar una colecistectomía laparoscópica segura.

Hemos diseñado nuestro módulo Endotrainer (uno de tres) para garantizar que el alumno adquiera las habilidades psicomotoras necesarias para superar estos desafíos y para enseñarle a manipular los tejidos con la fuerza y ​​la presión adecuadas. Hemos creado un simulador de caja económico con ejercicios basados ​​en tareas diseñados para entrenar las habilidades básicas de la laparoscopia. Posteriormente, se utilizan modelos sintéticos de diversos órganos alrededor de la vesícula biliar, junto con las variaciones patológicas de la misma, para entrenar los diferentes pasos de la colecistectomía laparoscópica. El simulador de caja también proporcionará señales visuales anotadas en realidad aumentada (RA) mediante un casco de realidad virtual.

Innovaciones

Este simulador de bajo costo es un sistema compacto que consta de instrumental quirúrgico laparoscópico inteligente, una plataforma impresa en 3D para realizar tareas sencillas, una cámara gran angular capaz de transmitir video de alta calidad de forma inalámbrica, una minicomputadora y un modelo de silicona para realizar colecistectomías laparoscópicas. La principal ventaja de este sistema es su capacidad para rastrear los movimientos y gestos más sutiles de la mano gracias a sus sensores avanzados y económicos. El instrumental está calibrado con precisión y es capaz de reconocer movimientos milimétricos.

El simulador se adapta a la forma de la cavidad abdominal donde se realiza la cirugía laparoscópica. Su volumen es similar al de la cavidad abdominal. Está fabricado con una lámina acrílica lisa, disponible universalmente y de precio económico. La lámina blanca brillante refleja la luz e ilumina los objetos dentro del simulador. La capa superior está inclinada para simular la angulación de la cavidad abdominal, similar a la que se produce durante una colecistectomía laparoscópica. Los puertos están diseñados para mantener la misma distancia y angulación que durante una colecistectomía laparoscópica. La plataforma se posiciona teniendo en cuenta la longitud de los instrumentos que se introducen en el cuerpo durante la cirugía.

La caja incorpora las siguientes características para convertirla en un simulador realista para el entrenamiento en cirugías laparoscópicas:

1. Se utiliza el mango de un paraguas con una cámara en un extremo para sustituir el endoscopio y proporcionarnos una buena imagen durante el entrenamiento.
2. La distancia y la angulación del telescopio y la cámara están diseñadas para proporcionar la misma visualización que en una cirugía en tiempo real.
3. Se proporciona un cable largo para conectar la cámara a un televisor LCD que está disponible gratuitamente.
4. Se proporciona una plataforma al mismo nivel y con la misma angulación con la que se realiza la cirugía, y esta cuenta con varios accesorios que permiten practicar ejercicios específicos para cada tarea.
5. Diseñado para tener 4 instrumentos a mano en todo momento para practicar cualquier tarea.
6. Por último, la caja Endotrainer es fácil de fabricar en cualquier espacio pequeño y es muy económica.

La caja de entrenamiento endoscópico utilizada en el Módulo 3 es un diseño sencillo de fabricación propia, hecho de acrílico blanco. Fue elegido por su asequibilidad, sus propiedades reflectantes y su fácil reproducción en un taller, siguiendo el manual de Appropedia. Antes de finalizar el diseño, realizamos numerosas iteraciones y recabamos la opinión de cirujanos experimentados. El tamaño y el diseño de la caja reproducen fielmente el entorno quirúrgico real, brindando la sensación de estar realizando una cirugía real. La placa superior de la caja se mantiene inclinada 30° con respecto a la horizontal, y la distancia entre los dos instrumentos es de aproximadamente 160 mm, lo que reproduce con exactitud el espacio disponible durante la cirugía.

Tras dos iteraciones, hemos finalizado el diseño y se realizaron pruebas de la caja de entrenamiento en cada etapa. El desarrollo y las modificaciones de cada iteración se detallan en la sección de evaluación al final de esta página.

En las distintas secciones se explican en detalle los diferentes componentes mecánicos e instrumentos inteligentes utilizados en el simulador.

El entrenador de boc está fabricado en acrílico (color blanco), elegido específicamente por su bajo costo, sus propiedades reflectantes y su facilidad de reproducción en un taller. Para la fabricación y el montaje del entrenador de boc, siga las instrucciones del video adjunto.

La combinación de sensores IMU y TOF para la estimación de la posición del instrumento es una solución asequible en comparación con las costosas cámaras y la complejidad computacional que conllevan. En las primeras etapas de desarrollo, los sensores IMU utilizados no demostraron ser fiables. Con la introducción del BNO055, un sistema en chip de 9 grados de libertad que integra un acelerómetro de 3 ejes, un giroscopio de 3 ejes y un magnetómetro de 3 ejes, se resolvieron varios problemas relacionados con la fusión y calibración de sensores. En consecuencia, la información de posición permitió extraer numerosas características para el módulo de autoevaluación.

Este hito en el desarrollo nos permitió integrar un codificador para monitorizar el estado de la punta del instrumento y un sensor de fuerza capacitivo para obtener el perfil de presión del usuario. Además, la información de estos sensores resultó valiosa para evaluar el rendimiento del usuario. Una vez calibrado durante el encendido, el sistema funciona a la perfección y, cuando el movimiento es mínimo o nulo, se autocalibra para proporcionar la información precisa necesaria para su correcto funcionamiento.

El controlador basado en STM32 se encarga del cálculo de la estimación de actitud y posición, proporcionando datos actualizados cada 5 ms. Los datos fusionados de todos los sensores se utilizan para extraer características en tiempo real. Los instrumentos están diseñados de forma modular y pueden intercambiarse rápidamente para adaptarse a las necesidades del ejercicio.

• 1. Instrumental derecho: El conjunto de pinzas de agarre laparoscópicas consta de mango, conector, pinza de agarre, soportes para sensores, sensor de distancia, sensor de movimiento y cables de conexión.
• 2. Instrumental izquierdo: El conjunto de pinzas de agarre laparoscópicas consta de mango, conector, pinza de agarre, soportes para sensores, sensor de distancia, sensor de movimiento y cables de conexión.
• 3. El conjunto de montaje de la cámara consta de un soporte de madera fijado con una varilla de acero en un extremo y la cámara se monta en el otro extremo Arducam 12 MP IMX477.
• 4. Placa de circuito
• 5. Montaje de instrumental laparoscópico :
• Consta de un sensor de distancia: sensor de distancia por tiempo de vuelo VL53L1X,
• Sensor de movimiento: BNO055 es una solución System in Package (SiP) que integra un acelerómetro triaxial de 14 bits, un giroscopio triaxial de bucle cerrado de alta precisión de 16 bits, un sensor geomagnético triaxial y un microcontrolador de 32 bits que ejecuta el software BSX3.0 FusionLib.
• 6. NVIDIA ^® Jetson Nano ^™
• 7. Órgano de silicona : Simulab

Nuestros módulos de entrenamiento ofrecen capacitación paso a paso, desarrollando habilidades cognitivas y psicomotoras quirúrgicas. El simulador incluye 6 actividades que ayudarán a los principiantes a mejorar sus habilidades en laparoscopia, como el agarre, la percepción de profundidad, la sutura, el corte y el anudado.

El simulador de entrenamiento actual incluye 6 actividades que ayudarán a los principiantes a mejorar sus habilidades quirúrgicas, como agarrar y soltar, la percepción de profundidad, la sutura, el corte y la anudado.

• Módulo de capacitación 1 – Bolitas de poliestireno expandido
• Módulo de entrenamiento 2 – Gomas elásticas
• Módulo de formación 3 – Componentes básicos
• Módulos de formación 4 y 5 – Corte de precisión
• Módulo de formación 6 – Sutura/Anudamiento

Cada módulo está diseñado para encajar en una mesa de tareas universal, que cuenta con ranuras para fijar el panel de tareas y permite reemplazarlo fácilmente por otro. La mesa de tareas universal, junto con todos los paneles de actividades, se puede imprimir en 3D; los archivos correspondientes en formato .stl se adjuntan al final.

• Impresora 3D con una superficie de trabajo mínima de 0,30 m x 0,30 m x 0,10 m (largo x ancho x alto).
• Lima plana para limar las superficies extendidas y cuchillo afilado para recortar el plástico de los bordes y las estructuras de soporte de las piezas impresas en 3D (depende de la calidad de impresión).

La mesa de trabajo universal está diseñada para alojar diferentes plataformas de actividad en la misma mesa. Reduce el costo y el tiempo de fabricación, evitando la necesidad de crear una mesa nueva para cada tarea específica. En su lugar, permite colocar una pequeña plataforma sobre la que se diseña la actividad. Dispone de una ranura donde se puede colocar la plataforma de actividad y fijarla en todas las direcciones para restringir el movimiento de la mesa.    

Haz clic para descargar el archivo de la impresora 3D: https://www.appropedia.org/w/images/c/c8/IntelliVision_Task_table_Universal_Frame.stl

El módulo 1 de bolitas de poliestireno expandido es una excelente opción para principiantes, ya que permite adquirir las habilidades básicas de manipulación de instrumentos en cirugía laparoscópica. El tablero de actividades consta de un cilindro grande, cuatro cilindros pequeños y bolitas de poliestireno expandido (cuatro colores, 10 de cada color). La tarea consiste en tomar las bolitas del color correspondiente del cilindro grande y transferirlas a cada uno de los cilindros pequeños. Cada cilindro pequeño debe llenarse con 10 bolitas del mismo color.

Habilidades adquiridas: Agarre, Soltar, Percepción de profundidad y color.

Instrumentos recomendados: Pinza

Haz clic/Descarga el archivo. Nombre del archivo para impresora 3D:https://www.appropedia.org/w/images/f/fb/IntelliVision_Task_table_Module_1.stl

El Módulo 2 de Bandas Elásticas es ideal para entrenar la destreza manual con instrumental laparoscópico. Durante la cirugía laparoscópica, operar en espacios reducidos y estirar los tejidos representa una de las mayores dificultades, y este módulo permitirá a los principiantes adquirir estas habilidades. Estirar las bandas elásticas con el instrumental de este módulo imita con precisión el estiramiento de los tejidos naturales durante la cirugía. Esto ayuda a comprender y sentir mejor la tensión durante la cirugía laparoscópica. Este módulo también contribuye a mejorar la destreza manual en diversos ángulos y configuraciones, así como el uso simétrico de ambas manos con la misma precisión para estirar y colocar la banda elástica.

Habilidades adquiridas: Estiramiento, coordinación de manos, percepción de profundidad.

Instrumentos recomendados: Grasper 2 números

Haz clic para descargar el archivo de la impresora 3D: https://www.appropedia.org/w/images/5/5d/IntelliVision_Task_table_Module_2.stl

El módulo 3 de construcción con bloques ayuda a mejorar el uso simétrico de ambas manos con la misma precisión para colocar bloques uno encima del otro. En este módulo, los participantes deben colocar los bloques uno sobre otro para completar la tarea. El tiempo total empleado y la coordinación de las manos son criterios clave para evaluar las habilidades de los participantes en este módulo.    

Habilidades adquiridas: Coordinación manual, percepción de profundidad.

Instrumentos recomendados: Grasper 2 números

Haz clic aquí para descargar el archivo de la impresora 3D: https://www.appropedia.org/w/images/a/a7/IntelliVision_Task_table_Module_3.stl

Los módulos de corte 4 y 5 ayudan a adquirir precisión en el corte y se pueden realizar con almohadillas reemplazables que se acoplan a la almohadilla universal. El alumno debe cortar el círculo entre las dos líneas del módulo 4 y las líneas del módulo 5 siguiendo las especificaciones indicadas. Durante la tarea, el participante dispone de 5 minutos para cortar 2 círculos en el módulo 4 y 5 minutos para cortar las líneas en el módulo 3.

Habilidades adquiridas: corte preciso, coordinación mano-ojo, percepción de profundidad.

Instrumentos recomendados: Pinza, Tijera

Haz clic para descargar el archivo de la impresora 3D: https://www.appropedia.org/w/images/e/ee/IntelliVision_Task_table_Module_4_and_5.stl

El módulo 6 de sutura y anudado permite al participante practicar la sutura y el anudado quirúrgicos durante la cirugía mínimamente invasiva. Esta almohadilla de sutura realista imita tejidos artificiales y se encuentra fácilmente disponible en el mercado. Consiste en una almohadilla plana hecha de un tipo especial de silicona con diferentes formas de corte en la superficie. El módulo de entrenamiento permite a los principiantes practicar la colocación de diversos tipos de suturas. También ayuda a mejorar las habilidades para suturar tejidos tensos, así como la correcta selección y ajuste de los nudos.

Habilidades adquiridas: Sutura, Anudado

Instrumentos recomendados: Pinza

Haz clic/Descarga el archivo para impresora 3D: https://www.appropedia.org/w/images/e/e9/IntelliVision_Task_table_Module_6.stl

El órgano sintético utilizado en este simulador está disponible comercialmente y se adquirió de Simu Lab Corporation. Los dos modelos que hemos utilizado son la vesícula biliar reemplazable y el modelo de colecistectomía laparoscópica.

El visor ATTINA es un visor de realidad aumentada (RA) de bajo costo, imprimible en 3D, que se puede imprimir y ensamblar en casa con piezas disponibles en el mercado y no requiere conocimientos técnicos. La mayoría de las piezas son imprimibles en 3D y sus respectivos modelos CAD se diseñan con software CAD. Algunos componentes, como un combinador reflectante y un arnés de soldadura que sirve como correa para la cabeza, están disponibles comercialmente. La pantalla del smartphone se refleja en el combinador y se proyecta en los ojos del usuario; un control remoto inalámbrico actúa como puntero láser para interactuar con la interfaz de usuario. El diseño del visor se finalizó tras cuatro iteraciones. El diseño final es económico, fácil de ensamblar y lo suficientemente flexible como para integrar cualquier smartphone disponible en el mercado.

Las piezas de los auriculares son imprimibles en 3D y sus respectivos modelos CAD se diseñaron con software CAD. Los archivos de cada pieza en formato 3D (.stl) se adjuntan al final. Algunos de los componentes necesarios para ensamblar los auriculares de realidad aumentada están disponibles comercialmente y se pueden consultar en la lista de materiales.

• Impresora 3D con una superficie de impresión de un mínimo de 0,20 m x 0,15 m x 0,20 m (largo x ancho x alto).
• Destornillador (de cabeza plana/de estrella) para fijar los sujetadores.
• Lima plana para limar las superficies extendidas y cuchillo afilado para recortar el plástico de los bordes de las piezas impresas en 3D (depende de la calidad de impresión).

• Imprime el marco principal (Parte A: IntelliVision_AR Headset_Main Frame_Mobile Holder.stl) en posición vertical (apoyado sobre la cara lateral) para lograr la máxima flexibilidad de la abrazadera del soporte del móvil, que ayuda a sujetar el móvil de forma rígida hacia el reflector. La longitud del marco es de aproximadamente 196 mm y, para acomodar esta longitud, la impresora debe tener un tamaño de base de al menos 200 mm que se mueva en el eje Z. Esta pieza requiere más soporte cuando se imprime en posición vertical. Para ahorrar material, se debe mantener un mayor espacio entre los soportes y, una vez finalizada la impresión, la pieza debe lijarse y los bordes deben recortarse donde la superficie no sea lisa. El tiempo total de impresión del marco principal es de aproximadamente 10 horas.
• Imprima el arnés de soldadura derecho e izquierdo (Parte B: IntelliVision_AR Headset_Frame to Welding Harness Connector_Right.stl y Parte C: IntelliVision_AR Headset_Frame to Welding Harness Connector_Left.stl) en posición vertical sin ningún soporte, con las letras del arnés de soldadura hacia arriba. Tiempo de impresión: 2 horas.
• Se pueden imprimir dos tornillos de bloqueo (Parte D: IntelliVision_AR Headset_Frame and Connector Lock Screw.stl) en posición vertical, comenzando desde la cabeza del tornillo. Tiempo de impresión: 20 minutos.
• Imprime el soporte del reflector (Parte E: IntelliVision_AR Headset_Reflector Frame.stl) con una ranura para fijar el reflector hacia arriba. Tiempo de impresión: 90 minutos.
• Recorte el material sobrante y retire el soporte de todas las piezas para alisar los bordes y las superficies. Tiempo de limpieza: 20 minutos.
• El tiempo total de impresión y limpieza puede variar entre 14 y 16 horas, dependiendo del diámetro del material de relleno.
• Siga los pasos que se muestran a continuación para ensamblar las piezas.

Archivos para impresión 3D de auriculares de realidad aumentada:

https://www.appropedia.org/w/images/5/55/IntelliVision_AR_Headset_Frame_and_Connector_Lock_Screw.stl https://www.appropedia.org/w/images/8/84/IntelliVision_AR_Headset_Frame_to_Welding_Harness_Connector_Left.stl https://www.appropedia.org/w/images/f/f6/IntelliVision_AR_Headset_Frame_to_Welding_Harness_Connector_Right.stl https://www.appropedia.org/w/images/d/df/IntelliVision_AR_Headset_Main_Frame_Mobile_Holder.stl https://www.appropedia.org/w/images/1/15/IntelliVision_AR_Headset_Reflector_Frame.stl

Hemos desarrollado el software necesario para el funcionamiento de las gafas de realidad aumentada y el enlace se adjunta aquí. Se puede descargar e instalar fácilmente en el ordenador.

Haz clic aquí para descargar el APK https://drive.google.com/file/d/1i4HPiI7LbgSpyDgsEgOfSPVNgPt_hyrb/view

La autoevaluación de la calidad de la adquisición de habilidades debe incluir algún mecanismo de retroalimentación específica que permita al usuario: asegurarse de que está practicando las habilidades adecuadas; modificar su desempeño para mejorar la competencia; y determinar cuándo ha practicado hasta alcanzar un nivel de dominio suficiente para realizar el procedimiento en un paciente.

El sistema de evaluación que hemos diseñado califica a los estudiantes según su dominio general en la realización de ciertas tareas. Estas tareas han sido diseñadas para desarrollar las habilidades psicomotoras específicas necesarias para la laparoscopia. Una vez que el usuario completa una tarea, el módulo de evaluación le otorga una puntuación general; una puntuación más alta refleja un mayor dominio.

En los últimos meses, hemos intentado recopilar la mayor cantidad de datos posible de todos los niveles de experiencia para las tareas mencionadas. Sin embargo, dado que la recopilación de datos es costosa (requiere mucho tiempo), solo hemos podido recopilar alrededor de 100 tareas completadas en todos los niveles de experiencia. Debido a la escasa cantidad de datos, actualmente utilizamos algoritmos basados ​​en reglas para realizar la evaluación y clasificar a las personas según su nivel de experiencia (Experto, Intermedio, Aprendiz).

Nuestro plan es recopilar más datos en los próximos meses. Podemos centrarnos exclusivamente en la recopilación de datos, ya que el resto de nuestra herramienta está prácticamente desarrollada. Una vez que dispongamos de más datos, utilizaremos modelos ocultos de Markov/redes neuronales recurrentes (RNN) para generar puntuaciones más precisas que permitan evaluar el nivel de competencia de los candidatos en diferentes tipos de habilidades (estabilidad, velocidad, etc.).

Autoevaluación

• Suavidad del movimiento : aceleración, oscilación de la mano, sacudida, velocidad de sujeción.
• Economía de movimiento : distancia recorrida, número de pinzas, inserción de instrumentos.
• Actividad : porcentajes de inactivos, activos e hiperactivos; representados en un gráfico circular.
• Visibilidad de los instrumentos : visibles o invisibles.
• Tiempo de entrenamiento

Los métodos que utilizaremos en el marco de autoevaluación se detallan a continuación:

1. Comparación de las firmas de fuerza entre principiantes, residentes y expertos. Utilizaremos las firmas de fuerza de los expertos como métrica de comparación para principiantes y residentes.

2. 

   Implementaremos tecnologías avanzadas de Inteligencia Artificial (IA), como modelos de redes neuronales recurrentes profundas, para predecir los posibles problemas durante las tareas basadas en fuerza y ​​movimiento.
3. El marco basado en IA también se empleará para clasificar las habilidades de los participantes en la cirugía y predecir el daño tisular en una etapa temprana, basándose en el historial de parámetros de fuerza y ​​movimiento. Consulte también el Apéndice I, donde explicamos en detalle el uso de la IA en nuestros módulos.
4. Proporcionaremos retroalimentación visual en forma de señales de realidad aumentada a través de una pantalla montada en la cabeza para detectar la aplicación de fuerza excesiva y para combatir la percepción errónea de las fuerzas autoaplicadas.
5. Se estimará el tiempo de desplazamiento y el índice de dificultad en función del objetivo previsto y la región de interés (ROI).
6. Se registrará y analizará el índice de impedancia de principiantes, residentes y expertos para evaluar las percepciones erróneas.

   

7. Se evaluará la economía de los movimientos. Por lo general, los cirujanos novatos tienden a estar más nerviosos y, por lo tanto, realizan movimientos innecesarios con las manos.
8. Se evaluarán las métricas para valorar los efectos de la lateralidad (mano dominante y no dominante) tanto en las tareas psicomotoras fundamentales como en las complejas basadas en la fuerza.
9. Debido a la longitud alargada de los instrumentos utilizados en la laparoscopia, se producirá una pérdida de transmisión de fuerza desde el mango hasta la punta. Esta pérdida se medirá y se le indicará al cirujano mediante señales.
10. Se detallará la evaluación de la transferencia de la formación del simulador al quirófano.
11. La evaluación del enfoque visual y del déficit de atención, que determina si el principiante/residente está mirando la misma región de interés en la que se centra el cirujano experto, se incluirá en el marco de trabajo.
12. El tiempo necesario para completar tareas básicas y complejas se comparará con los parámetros obtenidos por cirujanos expertos.
13. Además, se utilizarán métricas como la Diferencia Apena Perceptible (JND), el Coeficiente de Variación de la Fuerza, la Fuerza Máxima de Primer, Segundo y Tercer Orden, las derivadas de la fuerza y ​​la velocidad para evaluar el nivel de dominio y también para diferenciar los niveles de experiencia de los diferentes grupos de participantes quirúrgicos.
14. La curva de aprendizaje se evaluará en cada etapa de las tareas complejas y fundamentales e incluirá el seguimiento del movimiento del proyectil del cirujano y la trayectoria seguida para alcanzar la región de interés deseada, el número de fallos durante el proceso de anudado, el exceso de fuerza de pinza ejercida sobre la superficie del tejido y el daño causado a los tejidos vecinos.
15. Mecanismo de guía háptica y basada en fuerza para redirigir al cirujano/principiante hacia el área de interés deseada. Las fuerzas de reacción generadas en entornos virtuales se medirán y se transmitirán al usuario.
16. Tanto los cirujanos como los residentes serán evaluados en cuanto a habilidades basadas en la fuerza y ​​en la psicomotricidad/movimiento para tareas de simulación basadas en simuladores de caja y tareas de retroalimentación háptica de fuerza basadas en realidad virtual/aumentada.

Módulo I: Vídeos educativos de la plataforma LMS

Realizamos una evaluación paso a paso del formador a medida que avanza en nuestros 3 módulos.

En el módulo 1, tenemos un conjunto de preguntas de opción múltiple de diversos tipos que evaluarán el conocimiento del alumno. Se espera que el candidato responda correctamente al 80% de las preguntas; de lo contrario, se le recomienda repasar las clases, los videos y las animaciones.

El módulo de evaluación va a evaluar el conocimiento de los formadores sobre

1.    Conocimientos básicos de cirugía laparoscópica.
2.    Equipos e instrumentos y su uso.
3.    Solución de problemas durante fallas en los equipos.
4.    Pasos de la operación de colecistectomía laparoscópica.
5.    Complicaciones que pueden ocurrir durante la cirugía.
6.    Manejo de las complicaciones.
7.    Manejo de diferentes situaciones en función de las variaciones anatómicas y patológicas.
8.    Aspectos de seguridad en cirugía.
9.    Trabajo en equipo.

10. Uso de diferentes tipos de instrumentos y fuentes de energía.

Módulo II: Aplicación móvil de simulador virtual (iOS y Android)

La evaluación del desempeño del alumno en los ejercicios del Módulo II evaluará las habilidades cognitivas, en particular con respecto a:

1.    Selección de instrumentos operativos.
2.    Abordaje de una situación particular, en lo que respecta al tipo de cirugía y la técnica empleada.
3.    Pasos de la operación y priorización del aspecto de seguridad.
4.    Elección de la fuente de energía a utilizar.
5.    Solución de problemas en situaciones problemáticas.
6.    Manejo de las complicaciones que se producen durante la cirugía.  

Módulo III:

a. Box Trainer

Este simulador de bajo costo es un sistema compacto que consta de instrumental quirúrgico laparoscópico inteligente, una plataforma impresa en 3D para realizar tareas sencillas, una cámara gran angular capaz de transmitir video de alta calidad, una minicomputadora y un modelo de silicona para realizar colecistectomías laparoscópicas. La principal ventaja de este sistema es su capacidad para rastrear hasta los movimientos y gestos más sutiles de la mano. Los instrumentos están calibrados con precisión y son capaces de reconocer movimientos milimétricos.

La caja de entrenamiento endoscópico utilizada en el Módulo 3 es un diseño sencillo de fabricación propia, hecho de acrílico blanco. Fue elegido por su asequibilidad, sus propiedades reflectantes y su fácil reproducción en un taller, siguiendo el manual de Appropedia. Antes de finalizar el diseño, realizamos numerosas iteraciones y recabamos la opinión de cirujanos experimentados. El tamaño y el diseño de la caja reproducen fielmente el entorno quirúrgico real, brindando la sensación de estar realizando una cirugía real. La placa superior de la caja se mantiene inclinada 30° con respecto a la horizontal, y la distancia entre los dos instrumentos es de aproximadamente 160 mm, lo que reproduce con exactitud el espacio disponible durante la cirugía.

Hemos finalizado el diseño tras dos iteraciones y se realizaron pruebas de la caja de entrenamiento en cada etapa.

En la primera versión , la caja de entrenamiento estaba hecha de una lámina acrílica blanca para mejorar la visibilidad en su interior. Se instaló una bombilla LED estándar en el soporte para optimizar el brillo y la visibilidad. También se utilizó una cámara estándar de 5 MP fijada a una varilla flexible que se movía hacia dentro y hacia fuera para observar el movimiento de los instrumentos durante la cirugía. Tras realizar las pruebas, se concluyó que la iluminación dentro de la caja no era suficiente para iluminar todos los rincones, y que su ubicación era inadecuada, ya que ocupaba demasiado espacio. Debido al aumento de temperatura, los cables de la placa de circuito impreso se calentaban con el uso continuo. Además, la cámara seleccionada no ofrecía la resolución ni la calidad de vídeo necesarias para visualizarla en una pantalla grande. Finalmente, los cables conectados a la placa de circuito impreso y a los instrumentos resultaban engorrosos, lo que provocaba incomodidad y pesadez en el usuario, dificultando así el manejo de los instrumentos. Para solucionar estos problemas de diseño, se modificó el diseño en la segunda versión.

En la segunda iteración , se reemplazó una bombilla LED individual por una tira de LED y se colocó alrededor de la caja de entrenamiento en la superficie superior para mejorar la visibilidad y reducir el consumo de espacio. Gracias a esta modificación, pudimos colocar todas las placas de circuito dentro de la caja y el usuario sintió una mayor accesibilidad a cada componente. La cámara de 5 MP presente en la versión anterior se reemplazó por una de 12 MP y se conectó a la CPU, que luego transmite la señal de forma inalámbrica a las gafas de realidad aumentada. El cableado está agrupado con una manguera flexible para evitar obstrucciones y se atornilla al entrenador. Luego se mapea cuidadosamente a un circuito que se conecta a un microcontrolador. Se diseñó e imprimió una nueva PCB (una sola placa que conecta todos los instrumentos a la CPU) para mapear cuidadosamente todos los cables que conectan los instrumentos al microcontrolador. Esta modificación ayudó posteriormente a reducir el peso total de los instrumentos y la dificultad de uso de los instrumentos laparoscópicos.  

La combinación de sensores IMU y TOF para la estimación de la posición del instrumento es una solución asequible en comparación con las costosas cámaras y la complejidad computacional que conllevan.

En las primeras etapas de desarrollo , los sensores IMU utilizados no demostraron ser fiables. Con la introducción del BNO055, un sistema en chip de 9 grados de libertad que integra un acelerómetro de 3 ejes, un giroscopio de 3 ejes y un magnetómetro de 3 ejes, se resolvieron diversos problemas relacionados con la fusión y calibración de sensores. En consecuencia, la información de posición permitió extraer numerosas características para el módulo de autoevaluación.

Este hito en el desarrollo nos permitió integrar un codificador para monitorizar el estado de la punta del instrumento y un sensor de fuerza capacitivo para obtener el perfil de presión del usuario. Además, la información de estos sensores resultó valiosa para evaluar el rendimiento del usuario. Una vez calibrado durante el encendido, el sistema funciona a la perfección y, cuando el movimiento es mínimo o nulo, se autocalibra para proporcionar la información precisa necesaria para su correcto funcionamiento.

El controlador basado en STM32 se encarga del cálculo de la estimación de actitud y posición, proporcionando datos actualizados cada 5 ms. Los datos fusionados de todos los sensores se utilizan para extraer características en tiempo real. Los instrumentos están diseñados de forma modular y pueden intercambiarse rápidamente para adaptarse a las necesidades del ejercicio.

El órgano sintético utilizado en este simulador está disponible comercialmente y se adquirió de Simu Lab Corporation. Los dos modelos que hemos utilizado son la vesícula biliar reemplazable y el modelo de colecistectomía laparoscópica.

b. Módulos de capacitación

En la primera versión , se desarrolló una mesa de trabajo de acrílico para una sola tarea, en la que solo se podían realizar dos módulos de entrenamiento. Durante la actividad, tras completar cada módulo, se reemplazaba la mesa por una nueva para realizar el siguiente. Los usuarios consideraron que reemplazar la mesa cada vez no era económico y que se requería más tiempo para preparar la plataforma para el siguiente módulo. Para colocar las bolitas de poliestireno expandido y la goma, se colocaron pequeños recipientes sobre la plataforma, lo que afectaba la calibración y la precisión de los sensores. Para superar estas dificultades, en la siguiente etapa se modificó y probó la plataforma completa.

En la segunda iteración , la mesa de tareas universal está diseñada para alojar diferentes almohadillas de actividad en la misma mesa. Esta versión modificada reduce el costo y el tiempo totales de fabricación de una mesa nueva para cada módulo en particular, permitiendo en su lugar la colocación de una pequeña almohadilla sobre la que se puede diseñar la actividad. Hay una pequeña ranura donde se puede colocar la almohadilla de actividad y bloquearla en todas las direcciones para restringir el movimiento de la mesa. La mesa cuenta con dos pequeños bolsillos que se utilizan para colocar los instrumentos para calibración. Esta mesa, diseñada y desarrollada localmente, se puede imprimir en 3D fácilmente y ensamblar siguiendo las instrucciones proporcionadas en nuestra página. Los archivos relacionados con la mesa de tareas en formato imprimible en 3D también se adjuntan a la página. Las dimensiones totales de la mesa de tareas son 0,3 m x 0,247 m x 0,025 m y la almohadilla de actividad es 0,148 m x 0,148 m; dentro de estas dimensiones se puede diseñar cualquier tipo de actividad que pueda ayudar a mejorar las habilidades quirúrgicas.   

c. Auriculares ATTINA

El visor ATTINA es un visor de realidad aumentada (RA) de bajo costo, imprimible en 3D, que se puede imprimir y ensamblar en casa con piezas disponibles en el mercado y no requiere conocimientos técnicos. La mayoría de las piezas del visor son imprimibles en 3D y sus respectivos modelos CAD se diseñan con software CAD. Algunos componentes, como un combinador reflectante y un arnés de soldadura que sirve como correa para la cabeza, están disponibles comercialmente. La pantalla del smartphone se refleja en el combinador y se proyecta en los ojos del usuario; un control remoto inalámbrico actúa como puntero láser para interactuar con la interfaz de usuario.

El diseño de los auriculares se finalizó después de cuatro iteraciones . En cada iteración, intentamos reducir el peso total de los auriculares y controlar la distorsión de la imagen. Después de un estudio de mercado sobre varios auriculares de IA disponibles, decidimos desarrollar un nuevo diseño que se pudiera imprimir en 3D fácilmente y ensamblar por poco dinero. En la primera iteración , se utilizó una técnica de compresión de tipo resorte para el montaje del móvil, y este se mantuvo inclinado a un ángulo de 45°. Durante el ensamblaje, observamos imágenes distorsionadas en el reflector y dificultad para colocar el teléfono inteligente. Después de una observación cuidadosa, modificamos el diseño e introdujimos un nuevo tipo de soporte para móvil con un ángulo de inclinación reducido a 35°. Pero el peso de los auriculares y la distorsión de la imagen seguían siendo mayores. Para solucionar esto en la siguiente iteración, modificamos el diseño, eliminamos material innecesario de los auriculares y mantuvimos el reflector cerca del móvil. Después de usar los auriculares durante algunos días, experimentamos un mayor margen para reducir el peso y mejorar la resolución de la imagen. En la cuarta iteración , la mayoría de los defectos de diseño se tuvieron en cuenta cuidadosamente durante la fase de diseño. El diseño finalizado es rentable, fácil de ensamblar y lo suficientemente flexible como para insertar cualquier teléfono inteligente disponible en el mercado.

Nuestro simulador de bajo costo es un sistema compacto e innovador que incluye instrumental laparoscópico inteligente, una cámara gran angular capaz de transmitir video de alta calidad de forma inalámbrica, una minicomputadora y un modelo de silicona para realizar colecistectomías laparoscópicas. La principal ventaja de este sistema radica en su capacidad para registrar hasta el más mínimo movimiento de la mano mediante sensores avanzados y económicos. Podemos capturar parámetros como su posición en el espacio 3D, su aceleración y velocidad, la longitud de inserción, la fuerza aplicada sobre el tejido y, por último, la apertura y el cierre de las pinzas. Un modelo de IA compara estos parámetros con conjuntos de datos recopilados por expertos y asigna una puntuación al alumno.

Además, ofrecemos a los usuarios la opción de utilizar la Realidad Aumentada como medio de visualización, lo que les permite colocar el contenido virtual en cualquier lugar cómodo dentro de su campo de visión. Gracias a esta función, el usuario experimentará menos tensión en el cuello que al mirar una pantalla convencional durante la cirugía.

El Módulo I consta de vídeos educativos que proporcionan información sobre técnicas laparoscópicas básicas y avanzadas, así como sobre diferentes instrumentos. El Módulo II se basa en una aplicación donde el instructor puede descargar fácilmente nuestra app y practicar técnicas quirúrgicas de forma virtual. Ambos módulos están disponibles en internet.

Módulo III: El objetivo es crear el entrenador, que está disponible en internet. Los detalles, que incluyen modelos 3D, software descargable, diseño de hardware y un video para su fabricación y ensamblaje, están disponibles en la red.

Además, pueden contar con instructores ya preparados de los proveedores, a quienes podemos orientar. También podemos realizar una videollamada y guiar a cualquiera en la elaboración del producto.

Existen vídeos de ejercicios basados ​​en tareas que se explican por sí mismos, y los formadores pueden ver estos vídeos y practicar ejercicios basados ​​en tareas que les ayudarán a adquirir habilidades.

En función de su presupuesto, hemos ofrecido varios módulos de evaluación de habilidades:

1.    Registrar sus sesiones de práctica y evaluar sus habilidades según las métricas que hemos mencionado. Este es un módulo de autoevaluación de habilidades muy sencillo.
2.    Si logran instalar los sensores en el instrumento y fabricar la placa de circuito impreso, recibirán una evaluación de su desempeño por correo electrónico al finalizar el ejercicio.
3.    Si utilizan los auriculares “ATTINA”, verán su puntuación de habilidad en tiempo real en los auriculares mientras realizan los ejercicios basados ​​en tareas.

En este simulador, los sensores utilizados para la evaluación presentan una buena estandarización en la evaluación de sus habilidades y la puntuación es bastante precisa.

Dado que el entorno de práctica es similar al de una cirugía real, en cuanto al espacio quirúrgico, el tipo de actividades y los instrumentos utilizados, la evaluación de las habilidades en el simulador endoscópico se traduce directamente en un mejor desempeño en el quirófano.