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Los cirujanos practican procedimientos quirúrgicos en un modelo virtual en 3D

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La cirugía ocular es un proceso delicado y preciso. Una nueva plataforma de simulación basada en realidad aumentada permite a los cirujanos practicar procedimientos quirúrgicos en un modelo virtual en tres dimensiones.

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Lo primero que se nota al visitar la oficina de Marino Menozzi en Zurich es un ojo del tamaño de una pelota medicinal. El modelo de poliestireno se encuentra en un estante detrás del escritorio de Menozzi, pero su propósito sólo queda claro cuando se entra en el laboratorio de al lado. Frente a la pantalla de un ordenador hay un tablero de madera con dos cámaras pequeñas montadas en ángulo recto entre sí. Junto a esto hay un mango con un pequeño par de fórceps y gafas voluminosas que parecen sacadas de Robocop. "Lo que tenemos aquí es una plataforma de simulación para la cirugía ocular", dice Menozzi, vicepresidente de la Cátedra de Comportamiento del Consumidor.

Los aspirantes a oftalmólogos han estado visitando el laboratorio durante meses, poniendo a prueba sus habilidades en la cirugía de la membrana epirretiniana, también conocida como arruga macular. Este tipo de operación se hace necesaria cuando la membrana del tejido conectivo alrededor del vítreo del ojo se nubla y crea tensión en la retina. Esto puede conducir a desgarros que pueden causar pérdida severa de la visión.

Una operación complicada

El primer paso en el procedimiento quirúrgico es remover el gel transparente en la cámara posterior del ojo conocido como el cuerpo vítreo. A continuación, el cirujano introduce unas pinzas muy finas a través de una cánula con un diámetro inferior a un milímetro y despega la fina membrana de la retina. Si todo va bien, la visión del paciente vuelve a la normalidad unas semanas después. Este tipo de operación requiere una gran delicadeza y experiencia, por lo que los cirujanos en ciernes a menudo pasan años desempeñando un papel de asistencia en el procedimiento, al tiempo que mejoran gradualmente sus habilidades practicando con modelos de plástico y animales vivos. Este último enfoque es costoso, plantea cuestiones éticas y no permite a los cirujanos practicar movimientos difíciles repetidamente.

Aquí es donde entran en juego las gafas Robocop del laboratorio de Menozzi, que ofrecen a los cirujanos en formación la oportunidad de practicar en un entorno virtual apoyado por la realidad aumentada. Póngase las gafas y un ojo virtual aparecerá delante de usted, flotando en el aire y aumentado ocho veces - exactamente el mismo nivel de aumento que los cirujanos utilizan normalmente cuando realizan una cirugía bajo el microscopio. A diferencia de la realidad virtual (RV), en la que el usuario ya no puede ver su entorno real, la realidad aumentada (RA) simplemente enriquece la realidad añadiendo elementos virtuales a lo que ya existe.

los elementos virtuales adicionales en este caso son el ojo magnificado y las instrucciones para la operación que aparecen en el campo de visión, incluyendo características tales como flechas, líneas y círculos que muestran al cirujano en prácticas qué camino deben seguir idealmente con las pinzas. Al mismo tiempo, todavía pueden ver el mundo real alrededor del ojo magnificado, lo que les permite ver sus manos y la posición del instrumento quirúrgico.

Las diminutas cámaras del tablero registran cada movimiento de la mano y lo transmiten a las gafas. El ordenador puede utilizar esta información para calcular con precisión el grado de precisión con el que el participante ha realizado la operación. Los cirujanos en ciernes también pueden trabajar a través de un proceso virtual de "tutoría inteligente" basado en un algoritmo que calcula las etapas de la operación que realizaron con éxito y con las que lucharon. Esta retroalimentación se utiliza para crear una secuencia de ejercicios que garantiza la experiencia de aprendizaje más efectiva. "Esperamos que esto mejore el efecto del entrenamiento, reduciendo el tiempo que tardan los cirujanos en entrar en el quirófano y minimizando el número de errores que cometen", afirma Menozzi.

Falta de háptica y retraso

Tres tesis de maestría están explorando actualmente los beneficios y la aceptación de la simulación con la ayuda de 23 aspirantes a cirujanos. Gian-Luca Köchli es uno de los participantes. Está en el último año de su máster y ya ha probado el simulador AR en seis ocasiones. "La simulación es notablemente sensible y precisa", dice. "Me sorprendió lo realista que ya es." Una cosa que le molestaba, sin embargo, era el ligero retraso entre sus movimientos reales y las imágenes mostradas en las gafas. También le gustaría que se incorporaran hápticas realistas en el simulador. En general, sin embargo, practicar la cirugía con el simulador antes de realizarla en los pacientes es algo que él ve como un enfoque prometedor.

En la actualidad, Menozzi se enfrenta a tres retos fundamentales. El primero es el retardo de 20 a 30 milisegundos detectado por Köchli. Esto ocurre porque las imágenes virtuales que muestran los movimientos de la mano deben ser calculadas primero por un ordenador y luego enviadas a las gafas a través de una LAN inalámbrica, y Menozzi es consciente de que esta latencia es demasiado alta. El segundo desafío es que algunos usuarios responden a ciertas simulaciones mareándose o incluso vomitando. El tercer reto es lograr la sensación de estar realmente presente durante la simulación. "Vemos esto como una indicación importante de lo bien que los resultados de la simulación pueden ser transferidos a la realidad", dice Menozzi. En la actualidad, por ejemplo, los usuarios todavía tienen un campo de visión muy restringido. Los ojos humanos sanos tienen un campo de visión natural de alrededor de 200 grados, mientras que las gafas de realidad mixta sólo ofrecen un campo visual de 35 grados. Lograr una sensación realista requeriría un campo de visión de 120 grados. El sentido de la realidad también puede ser realzado por los sonidos, los olores y los hápticos.

"App store" para simulaciones

Sandro Ropelato, quien desarrolló el simulador como parte de su tesis doctoral, cree que el potencial de la tecnología va mucho más allá de la cirugía ocular. Otros procedimientos quirúrgicos complejos y arriesgados también podrían modelarse para simulaciones de entrenamiento de RA en el futuro, permitiendo a los cirujanos practicar todos los movimientos de la mano en un modelo virtual antes de operar a un paciente. También contempla aplicaciones en el ámbito de la electrónica, como la preparación de obleas de silicio para microchips, por ejemplo.

La visión a largo plazo de Ropelato incluye una especie de tienda de aplicaciones que ofrecería una variedad de simulaciones para su configuración de hardware del HoloLens, las microcámaras y el ordenador. La simulación 3D se basa en Unity, una plataforma de desarrollo de juegos líder que también se ha convertido en la opción número uno para una gran cantidad de aplicaciones de RA y RV. Esto significa que miles de componentes de software están disponibles a través de Internet, que simplemente necesitan ser adaptados a cada aplicación en particular. A medio plazo, Ropelato y Menozzi tienen previsto crear una spin-off para comercializar la plataforma de simulación. "Pero tenemos que aprender mucho más de nuestros usuarios antes de hacer eso", dice Menozzi. "Su aceptación de este producto es la clave de nuestro éxito."