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Aplicación de una herramienta de realidad virtual
colaborativa y adaptación de modelos gráficos en 3D para
el apoyo del diagnóstico médico de lesiones óseas
Lenin Alejandro Cervantes Medina
Facultad de Telemática
Universidad de Colima
Colima, Col., México
[email protected]
Miguel Ángel García Ruiz
Laboratorio de Realidad Virtual
Universidad de Colima
Colima, Col., México
[email protected]
Abstract: The purpose of this paper is to show an exploratory study about the
application of collaborative virtual reality to support physicians’ analysis of
bone injuries, where the main objective is to facilitate the physicians’
communications and analysis about this problem. When a person suffers a bone
fracture or another similar injury, the first step that a doctor do is to take a Xray and then give a diagnosis. However, sometimes the doctor do not have the
necessary knowledge and time, therefore his/her diagnosis is not the better. In
addition, sophisticated technology like computerized tomography (CT) is used
to help giving a better diagnosis. We propose the use of a collaborative virtual
environment where 3D images of a bone fracture taken with a CT could be
manipulated and analyzed by some doctors, to reach an optimal diagnosis.
Resumen: Esta ponencia muestra un estudio exploratorio de la aplicación de
realidad virtual colaborativa como soporte para los doctores en el análisis de
lesiones óseas, en donde el objetivo principal sea facilitar la comunicación y
análisis de dicho problema. Cuando una persona sufre una lesión ósea como
puede ser una fractura, el médico obtiene una radiografía de rayos X y en base a
ella da un diagnóstico; pero en algunas ocasiones el doctor no cuenta con los
conocimientos o tiempo necesarios, por lo que su diagnóstico puede no ser el
correcto. Es así como en esta investigación se hace uso de tecnología
sofisticada como es la tomografía axial computarizada (TAC) para ofrecer un
mejor diagnóstico. Proponemos la aplicación de un ambiente virtual
colaborativo con gráficas 3D de una fractura tomadas con un TAC, para su
manipulación y análisis por varios doctores donde cada uno exprese su opinión
para ofrecer un diagnóstico más óptimo.
Palabras clave: Realidad virtual, trabajo colaborativo soportado por
computadora, lesiones óseas, tomografía axial computarizada, red de
computadoras.
1. Introducción
Actualmente cuando una persona tiene un problema de salud y va a visitar al médico,
un solo doctor es el que hace el diagnóstico; pero que sucede cuando el percance es
más serio, en donde una buena alternativa sea tener la opinión de varios doctores para
dar la mejor solución. Entonces la pregunta es ¿de qué les sirve a los pacientes el que
varios doctores y no uno sólo de un diagnóstico, si todos saben lo que se tiene que
hacer?.
Tratando de dar solución a esta incógnita podemos cuestionarnos, es verdaderamente
factible que varios doctores con diversos conocimientos analicen un mismo problema y
aporten algo al caso cuando así se requiera requiera.
La respuesta es sí pero ahora surge una nueva pregunta ¿cómo?. En busca de dar
solución a este problema, en los últimos años se ha incrementado el interés en una
importante rama de la computación llamada "Realidad Virtual", o "RV", y mas aún si
a esta herramienta le agregamos otro tópico como es el Trabajo Colaborativo Asistido
por Computadora [1, 2, 3].
Se puede definir a la realidad virtual como la ilusión de interactuar en un ambiente en
tercera dimensión simulado por computadora, donde los objetos que se encuentran
dentro de este entorno pueden ser manipulados por el usuario [4].
Alan Wexelblat comenta en su libro: “El Trabajo Colaborativo Soportado en
Computadora (CSCW por sus siglas en inglés) es relativamente una disciplina nueva”
[5].
Fig. 1. CSCW.
Pensando en ello se llega a lo que se conoce como “RV Colaborativa” que ahora en
nuestros días esta cobrando mucha fuerza. De tal forma que el enfoque que se dará a la
RV Colaborativa en este caso será hacía la medicina, específicamente en lesiones
óseas.
Sherman y Judkins comentan que la realidad virtual se ha empezado a usar en las
escuelas de medicina, principalmente en anatomía y cirugía reconstructiva. Algunas
instituciones como la Universidad de Washington en U.S.A. usan la RV como
herramienta de apoyo en sus clases. En esta universidad se desarrolló un cadáver
virtual donde los estudiantes pueden practicar cirugías [6].
1.1 Problemática
En ciertos casos las decisiones que toman los doctores al momento de diagnosticar a un
paciente con una fractura podrían ser mejores si se consultara a otro médico y se
tuvieran dos o más opiniones.
El problema radica en que los doctores a quien se acudiría para que dieran una segunda
opinión se encuentran en diferentes lugares debido a que son especialistas y por lo
general en una institución médica solo hay uno.
2. Estado del Arte
De acuerdo a [7], existen varios proyectos en donde se ha utilizado realidad virtual con
CSCW entre los que se encuentra: GRACILE (Japanese GRAmmar Colaborative
Intelligent agents LEarning). El propósito es desarrollar agentes inteligentes que
propicien la colaboración para el intercambio de conocimientos entre los participantes.
Los grupos que soporta son de dos a cuatro estudiantes, en una red LAN a través de
Ethernet. Los usuarios interactúan escribiendo puntos de vista desde diferentes lugares
remotos.
Suárez Quirós, García Díaz, et al. [8] desarrollaron una herramienta que permite
visualizar estructuras anatómicas de imágenes bidimensionales de TAC así como de
implantes en un entorno colaborativo. Esto permite que un grupo de usuarios analicen
la imagen médica desde diferentes lugares remotos conectados a través de Internet. El
entorno cuenta con una interfaz sencilla que facilita la navegación en el entorno.
El Ohio Supercomputer Center está desarrollando un ambiente virtual realista para el
análisis del hueso temporal. Este proyecto utiliza modelos gráficos de tomografías y de
resonancia magnética [9]. Este proyecto de investigación contempla la visualización en
estéreo del modelo del hueso.
3. Metodología
Se implementó un entorno virtual donde se visualizaron imágenes tridimensionales de
fracturas obtenidas de un TAC a través de una herramienta de RV colaborativa ya
desarrollada y se realizó una prueba piloto de usabilidad para conocer el impacto que
tenía entre los participantes (ver Fig. 4).
En el caso de las imágenes, algunos aparatos de tomografía manejan la tecnología
Direct3D la cual genera archivos de imágenes en 3D con extensión .x los cuales están
constituidas por una cabecera y coordenadas en x,y,z., éstos archivos pueden ser
grabados en un CD desde el mismo TAC. Una vez que se cuenta con los archivos,
tienen que ser convertidos a formato VRML 1.0 lo cual se realiza con el software Deep
Exploration de Right Hemisphere.
Cabe mencionar que para la prueba piloto que se realizó se hizo uso de un modelo
desarrollado en Maya 5.0 de un hueso, debido a que por diversas circunstancias no se
pudieron conseguir imágenes reales de un TAC. Pero lo expuesto en el párrafo anterior
esta debidamente fundamentado para que se pueda realizar.
El desarrollo del ambiente virtual se realizó en DIVE (Distributed Interactive Virtual
Environment) el cual es un software libre desarrollado en el Instituto Sueco de
Computación. Este software permite:
o Desarrollar e interactuar con entornos virtuales.
o Hacer conexiones remotas mediante un servidor proxy; esto es, poder
diagnosticar desde cualquier parte del mundo a través de Internet.
o Cargar y manipular gráficas 3D en formato VRML 1.0 que seria el formato al
cual se exportaría la imagen de la lesión ósea obtenida del TAC.
o Que los usuarios intercambien sus puntos de vista mediante un chat o su voz.
Doctor 1
Servidor Dive
Doctor 3
Fig. 2. Servidor Dive.
Doctor 2
Doctor 4
La prueba piloto de usabilidad se realizó con un grupo de 5 estudiantes de medicina de
onceavo semestre de la Universidad de Colima que se encuentran realizando su
servicio social. Se consideró que tuvieran este perfil debido a que están próximos a
egresar de su carrera y ya contaban con un cierto grado de conocimientos acerca del
tema.
El material que se utilizó fueron computadoras:
• Pentium 4 de 2.66 GHz
512 MB en RAM y tarjeta de video Trident CyberALADDIN con 32 MB
• AMD Athlon 2.2 GHz
1 GB en RAM y tarjeta de video ATI RADEON 9700 PRO con 128 MB
• Audífonos (diademas) con micrófono
La prueba se llevó a cabo en las Instalaciones del Laboratorio de Realidad Virtual de la
misma Universidad con el grupo de personas que arriba se describe, para que hicieran
uso del entorno. Los participantes estuvieron interactuando en el ambiente virtual
durante aproximadamente 30 minutos durante los cuales intercambiaron puntos de vista
mediante su voz y un chat, de una lesión ósea que se les presentó. Al termino de la
prueba se les aplicó un cuestionario de usabilidad para recabar información.
Fig. 3. Imágenes de la lesión ósea analizada por los participantes, en este caso una fractura
en el dedo meñique del pie izquierdo.
Esta prueba resultó muy interesante ya que los futuros doctores comentaron que no
tuvieron ningún problema en interactuar dentro del ambiente virtual además de que
consideraron que el entorno resultaría de gran ayuda debido a que estarían de acuerdo
en intercambiar puntos de vista para llegar a un mejor diagnóstico y ofrecer un
tratamiento mejor.
El proceso de analizar la fractura se realizó de dos maneras:
Mediante un grupo de chat llamado piloto donde los participantes ingresaron y
escribieron sus puntos de vista acerca del problema que se les presentó.
Uso de audífonos (diademas) con micrófono, esto es, intercambiando sus
opiniones a través de su propia voz.
Fig. 4. Ventana de chat donde interactuaron los
doctores.
Fig. 5. Interacción por medio de audio por
parte de los participantes.
4. Resultados preliminares
De acuerdo a los datos recabados en la prueba con los doctores se pudo observar que al
principio se mostraron un poco impacientes dentro del entorno virtual pero conforme se
les fue explicando cual era la finalidad y lo que tenían que hacer se fueron
entusiasmando. También se pudo observar que al iniciar la prueba los participantes
hicieron mas uso del chat que del audio, aunque cabe aclarar que ya para finalizar ésta,
casi todos los participantes ya se encontraban tanto hablando como haciendo uso del
chat por igual.
Según los resultados de los cuestionarios de usabilidad aplicados, la mayoría de los
participantes consideró que la comunicación por voz fue la mejor manera de
intercambiar información de la lesión ósea. Todos los participantes concordaron en
que el ambiente virtual ayudo mucho a mejorar el diagnóstico del problema que se les
presentó. Algo a considerar es que en su totalidad los participantes alguna vez en su
vida habían jugado videojuegos donde se involucraban gráficas en 3D lo que
posiblemente ayudó a que no tuvieran problemas en interactuar dentro del entorno
virtual.
5. Conclusiones y perspectivas
Considerando todo el proceso que se realizó a lo largo de esta investigación desde
investigar que se había ya realizado acerca de este tema hasta el desarrollo del
ambiente virtual, en donde los doctores en una de las pruebas analizaron una lesión
ósea y donde se pudo constatar mediante sus comentarios que el entorno virtual de
diagnóstico se les hizo algo muy novedoso y muy útil, se concluye que se logró el
propósito planteado, el cual era poner a disposición de un grupo de doctores un
ambiente virtual colaborativo donde se pueda analizar una fisura o fractura a distancia
sin la necesidad de salir de sus lugar de trabajo. También se puede concluir que la
realidad virtual puede ser una herramienta muy útil en el área médica debido a la
amplia gama de usos que se le pueden dar todo esto en base a la información recabada
por lo cuestionarios aplicados. Debido a que la prueba que se realizó fue piloto, en un
futuro se tiene pensado realizar una prueba con más participantes para obtener datos
más completos.
Referencias
[1]
García, Miguel: “Aplicaciones de la Realidad Virtual en la Educación.
Breve panorama general “ <http://www.cogs.susx.ac.uk/users/miguelga/realid.htm>
(Fecha de publicación: 9 de Noviembre de1998)
[2]
Schneiderman, B. Designing the User Interface. Addison-Wesley, Reading, 1998.
[3]
Mike Fraser, Tony Glover, Ivan Vaghi, Steve Benford, Chris Greenhalgh, Jon
Hindmarsh, Christian Heath. Revealing the realities of collaborative virtual reality.
Proceedings of the third international conference on Collaborative virtual
environments, 2000.
[4]
Sherman R. W., Craig, A. B. Understanding Virtual Reality: Interface, Application
and Design. Morgan Kaufmann Publishers, San Francisco, CA, 2003.
[5]
Wexelblat, Alan.,
[email protected]
[6]
Sherman B., Judkins P. Glimpses of heaven, visions of hell: virtual reality and its
applications, Hodder & Stoughton, London, 1994.
[7]
Santacruz Valencia, Liliana Patricia (1998). CSCW y enseñanza. [Consultada el 15 de
julio de 2004]. Disponible en: http://www.it.uc3m.es/liliana/paginas/masinfo/cscw.htm
[8]
Suárez Quirós, Javier; García Díaz, Rafael Pedro (2003). Desarrollo de un entorno
gráfico colaborativo para el diseño y fabricación de implantes quirúrgicos a medida.
[Consultada el 15 de julio de 2004]. Disponible en: http://www.admingegraf.unina.it/Italiano/Sommari/ADM043-SuarezQuiros.pdf
[9]
Bryan, J., Don Stredney, Greg Wiet, Dennis Sessanna. Virtual Temporal Bone
Dissection, a Case Study.12th IEEE Visualization 2001 Conference (VIS 2001)
October 24 - 26, 2001.
MIT
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USA.