Sistema de visualização do interior de objetos com estruturas internas para simulação de cirurgias

Abstract

Simuladores cirúrgicos possibilitam a médicos e estudantes a visualização de órgãos humanos representados com alto grau de realismo. Trata-se de um grande avanço que reduz o tempo e os custos na formação desses profissionais, oferecendo menor risco aos pacientes. Entretanto, esses sistemas comerciais de simuladores têm, em geral, suas representações voltadas apenas para a superfície dos órgãos. Assim, quando ocorre o corte de um órgão com estruturas internas, o seu interior aparece vazio, não mostrando, por exemplo, estruturas anatômicas como vasos sanguíneos no seu interior. Trabalhos na área de textura sólida também não lidam com objetos que possuem estruturas internas modeladas geometricamente. Nessa dissertação é proposto um sistema gráfico interativo que permite cortes arbitrários em estruturas anatômicas, reconstruindo a textura nas superfícies da zona de corte de forma a respeitar as estruturas internas. O sistema protótipo desenvolvido propõe que cortes definidos pelo usuário alterem modelos tridimensionais, retriangulando apropriadamente a malha nas regiões de corte. Como estudo de caso, foi selecionado um modelo de fígado humano com vasos, apresentando como resultado a visualização interna em tempo real desse objeto para quaisquer planos. Essa abordagem pode ser considerada como um passo para os simuladores se tornarem ainda mais realistas. Extensões do trabalho envolvem a integração com simuladores médicos existentes, bem como uma validação do sistema por parte dos profissionais da Medicina.

Surgical simulators help doctors and students the visualization of human organs with high realism. Simulators are an improvement which reduce time and cost spend by professionals, offering less risk to the patients. Besides, studies show that the amount of realism seen in the simulators is related to the engaging of students in learning. However, these commercial simulator systems represent only the surface of organs. Thus, when a cut of an organ with internal structures occurs, its interior remains empty, without showing anatomical structures such as blood vessels inside. Research in the area of solid texture typically do not deal with objects which have internal structures geometrically modeled. In this dissertation, we propose a graphical interactive system that allows arbitrary cuts in anatomical structures, reconstructing the texture in the cutting zone’s surface according to its internal structures. With the developed application, cuts defined by the user transform three-dimensional models, triangulating properly the mesh in the cutting area. As a case study we selected a human liver model with vessels, presenting as result the internal visualization of the object in real time for any cut planes. We consider this approach as a step in order for simulators to become more realistic. Extensions of the work include the integration with current medical simulators, as well as a validation of the system by the Medicine professionals.