Reconstrucción 3D a partir de imágenes médicas y su aplicación al control de robots paralelos en la cirugía cráneo-maxilofacial, utilizando una herramienta háptica /
El desarrollo y uso de la tecnología para el mejoramiento de lo que ya está establecido dentro del marco del sector salud, específicamente en hospitales y clínicas de salud, son unos de los grandes retos de la ingeniería en la actualidad. Diseñar e implementar sistemas que contribuyan a mejorar la c...
| Autor principal: | |
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| Otros Autores: | , |
| Formato: | Tesis Libro |
| Lenguaje: | Spanish |
| Publicado: |
Panamá :
Universidad Tecnológica de Panamá,
2019
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| Materias: |
| Sumario: | El desarrollo y uso de la tecnología para el mejoramiento de lo que ya está establecido dentro del marco del sector salud, específicamente en hospitales y clínicas de salud, son unos de los grandes retos de la ingeniería en la actualidad. Diseñar e implementar sistemas que contribuyan a mejorar la calidad de la vida de pacientes, así como mejorar las habilidades tecnológicas de médicos en la aplicación de sus conocimientos, se conviene, poco a poco, en una de las bases para aumentar la esperanza y la calidad de vida de pacientes alrededor del mundo. Por lo tanto, el personal médico debe contar equipos tecnológicos que les permitan probar y desarrollar sus destrezas como cirujanos en un entorno similar al que se implementa en una sala de operaciones, sin importar el tipo de cirugía que deba efectuarse. De aquí, nace el interés de desarrollar esta tesis doctoral, la cual consta de cuatro partes principales que son: (i) el procesamiento digital de imágenes en dos dimensiones (2D) y su reconstrucción a imágenes en tres dimensiones (3D), (ii) el desarrollo de un entorno virtual para la manipulación de las imágenes en 3D, (iii) la integración de una herramienta háptica comercial para interactuar con el entorno virtual, y (iv) el diseño e implementación de un robot paralelo de bajo costo. Inicialmente, se accede a un paquete de imágenes médicas en 2D, provenientes de un tomógrafo axial computarizado, por ejemplo, para procesarlas y reconstruirlas a imágenes en 3D. A continuación, estas imágenes en 3D podrán ser manipuladas dentro de un entorno virtual, con interfaz de usuario amigable e intuitiva, que ha sido diseñado e implementado en este trabajo de tesis doctoral. Para ello, se han utilizado diferentes paquetes informáticos, algunos de código abierto (open source) y otros comerciales, dando como resultado un entorno virtual dedicado para el sistema propuesto en esta tesis. Adicionalmente, se ha integrado, al sistema desarrollado, una herramienta háptica comercial para la manipulación virtual de las imágenes en 3D desde el exterior, con la finalidad de que interactúe con reconstrucciones reales de alguna sección cráneo-maxilofacial para la tarea que se necesite desarrollar. Por lo tanto, se considera que el médico será capaz de manipular la imagen 3D reconstruida, de tal forma que pueda trabajar sobre las regiones de interés utilizando el entorno virtual propuesto en esta tesis doctoral y la herramienta háptica integrada dentro del sistema desarrollado. Finalmente, se diseñó y construyó un robot de bajo costo de estructura paralela, cuyas características de diseño permiten efectuar trayectorias sutiles sobre la morfología y geometría de un sólido en 3D reconstruido con características similares al sólido virtual en 3D, mencionado anteriormente. Este robot paralelo también es integrado al sistema propuesto y será guiado por la herramienta háptica, el cual permitirá al médico realizar pruebas simuladas de cirugías cráneo-maxilofaciales, y futuras pruebas finales sobre sólidos 3D específicos, generados en impresoras 3D. A este robot paralelo se le pueden adaptar diversas herramientas, tipo quirúrgicas, en su órgano terminal. Al concluir esta tesis doctoral, se obtuvo un sistema que permitirá a un practicante médico obtener horas de práctica para cirugías cráneo-maxilofaciales. Y, sobre todo, realizar pruebas sobre las reconstrucciones 3D de casos reales, antes de efectuar la intervención quirúrgica. The development and use of technology for the improvement of currently established within the framework of the health system, specifically in hospitals and health clinics, are one of the great challenges of engineering today. Designing and implementing systems that contribute to improving the quality of life of patients, as well as improving the technical skills of physicians in the application of their knowledge, becomes, gradually, one of the bases to increase the hope and quality of life of patients around the world. Therefore, medical staff must have technological equipment that allows them to test and develop their skills as medical surgeons in a similar environment to that implemented in an operating room, regardless of surgery type that must be performed. Hence, the interest to develop this doctoral thesis, which consists of four main parts, which are: (a) the digital processing of images in two dimensions (2D) and their reconstruction to images in three dimensions (3D); (b) the development of a virtual environment for the manipulation of 3D images; (c) the integration of a comercial haptic tool to interact with the virtual environment; and, (d) the design and implementation of a low-cost parallel robot. Initially, a 2D medical images package, for example, from a computerized axial tomography is accessed to be processed and reconstructed into 3D images. Next, these 3D images can be manipulated within a virtual environment, through a friendly and intuitive user interface, which has been designed and implemented in this thesis work. For this, different computer packages have been used, some of the open source and other commercials, resulting in a virtual dedicated environment to the system proposed in this thesis. Additionally, a commercial haptic tool for the virtual manipulation of 3D images from outside has been integrated into the developed system, with the aim of interacting with real reconstructions of a cranio-maxillofacial section for the task that needs to be developed. Therefore, it is considered that the doctor will be able to manipulate the reconstructed 3D image so that he/she can work on the regions of interest using the virtual environment proposed in this thesis and the integrated haptic tool within the developed system. Finally, a low-cost robot with a parallel structure was designed and built, whose design features allow carry out tactful trajectories on the morphology and geometry of a reconstructed 3D solid with characteristics similar to the 3D virtual solid, mentioned above. This parallel robot is also integrated into the proposed system and will be guided by the haptic tool, which will allow the medical surgeon to perform simulated cranio-maxillofacial surgeries, and future final tests on specific 3D solids, generated in 3D printers. To this parallel robot can be adapted several tools, of the surgical type, in its end-effector. As a conclusion of this doctoral thesis, a system was obtained that will allow a medical practitioner to obtain hours of practice for cranio-maxillofacial surgeries. Moreover, above all, he/she will be able to perform tests on 3D reconstructions of real cases, before performing the surgical intervention. |
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| Notas: | incluye apéndices, páginas 144-169 y anexos, páginas 170-181. |
| Descripción Física: | 181 hojas : ilustraciones, gráficas, fotografías ; 28 cm |
| Bibliografía: | Incluye referencias bibliográficas, páginas 135-143. |
| Acceso: | No se presta a domicilio. |