RAPORT ŞTIINŢIFIC ŞI TEHNIC

Etapa II (ianuarie-decembrie 2013)

Titlu proiect: Sistem pentru palpare virtuală şi training avansat, diagnostic medical şi

tratament (VIPsystem)

Contractul de finanțare nr: 2011‐3.2‐0503

Director: Ș.L. Univ. Dr. Dan Gheonea

REZUMAT ETAPĂ:

A doua etapă a proiectului s-a întins pe 12 luni (ianuarie‐decembrie 2013) şi a inclus

mai multe activități: Diagnosticul complex imagistic prin tomografie computerizată şi metode

elastografice (activitatea 2.1), Stocarea datelor într-un sistem centralizat modular de baze de

date computerizate (activitatea 2.2), Reconstrucția volumetrica tridimensională şi maparea

texturilor rezultate din datele de elastografie (activitatea 2.3), Interacțiunea cu modelul

tridimensional în cadrul realității virtuale (activitatea 2.4) și participarea la congrese şi

diseminarea rezultatelor (activitatea 2.5).

În cadrul primei activităţi am inclus conform criteriilor stabilite în cadrul primei etape

un număr total de 25 pacienți (15 cu formațiuni hepatice și 10 cu tumori pancreatice) cărora le-

au fost efectuate cele două investigații care furnizează date despre volumul tumoral, respectiv

caracteristicile de duritate. Am efectuat astfel examinare CT și elastografie pentru acest lot, iar

datele au fost stocate în cadrul bazei de date dezvoltată în cadrul activității 2.2, odată cu

informații legate de identificarea acestora. A urmat apoi reconstrucția volumetrică în trei

dimensiuni, pornind de la informațiile DICOM furnizate de investigarea CT și completarea

acestora cu informațiile despre elasticitate. Modelul astfel obținut a fost integrat într-un mediu

virtual care permite

Rezultatele obținute au fost valorificate prin intermediul unui articol într-o revistă cotată

ISI cu factor de impact, două articole în reviste internaționale incluse în baze de date și prin

elaborarea unui rezumat, publicat de asemenea într-o revistă cotată ISI. Acesta a fost prezentat

în cadrul celui mai prestigios congres mondial de gastroenterologie (Digestive Disease Week

2013, 18–21 Mai, Orlando, Statele Unite ale Americii).

Astfel am asigurat diseminarea rezultatelor la un nivel comparabil cu cel de la nivelul centrelor

de prestigiu de la nivelul UE.

A2.1. Diagnosticul complex imagistic prin tomografie computerizată şi metode

elastografice.

Am inclus până în prezent un număr de 15 pacienți cu formațiuni hepatice și 10 pacienți

cu tumori de pancreas, care s-au conformat criteriilor de includere stabilite în cadrul etapei I:

În cazul pacienților cu tumori hepatice

• Criterii de includere

o vârsta peste 18 de ani

o dimensiunea formațiunii cuprinsa intre 1 si 7 cm astfel încât tumoarea sa fie

înconjurată de parenchim hepatic in fereastra de elastografie

o formațiune situata la o profunzime mai mica de 10 cm fata de sonda ecografica

• Criterii de excludere

o tumori profunde, de dimensiuni mari sau greu vizibile in ecografia standard

o pacienți alergici la substanța de contrast administrata la examenul computer

tomografic

o pacienți cu insuficienta renala sau hepatica severa

Pentru pacienții cu tumori pancreatice

• Criterii de includere

o Pacienți diagnosticați cu tumoră pancreatică solidă cu confirmare citologică sau

histologică

o Vârsta între 30 şi 75 de ani, bărbați sau femei

o Semnarea consimțământului informat pentru efectuarea EUS

• Criterii de excludere

o Tratament chirurgical cu intenție curativă sau chimio/radioterapie

o Pacienți diagnosticați cu tumori producătoare de mucină sau tumori chistice

În continuare, pentru toți acești pacienți au fost înregistrate datele imagistice necesare

alcătuirii modelului virtual tumoral. Am urmărit date computer tomografice și date elastografice,

necesare reconstruirii volumului tumoral dar și pentru înregistrarea caracteristicilor de

deformabilitate ale mulajului virtual.

Examinările CT se efectuează cu un computer tomograf multislice (16 spire), obţinând

astfel reconstrucţii tridimensionale, multiplanare şi volumetrice ale formațiunilor tumorale.

• Pregătirea pacienților anterior examinării

o ajunare cu cel puțin 4 ore înaintea examinării,

o hidratare corespunzătoare

o contrast oral – 500 mL cu 30/60 minute anterior examinării,

o 250–300ml de apă când pacientul se află pe masa de scanare.

• Am administrat substanța de contrast intravenosă cu o rată de 3-5 ml-sec

o cantitate netă de 100-150 ml

• Achiziția imaginilor s-a efectuat în timpul unei singure apnei, cu pacienți hiperventilaţi

anterior.

Hepatocarcinom:

• Pacienții non-cirotici:

o faza arterială, portală şi de echilibru. o Achiziție de imagini cu grosime de 5mm, cu reconstrucții fine de 1,5 mm. o Faza arterială – la 30 sec de la injectare, o Faza portală – la 80 de sec, cu o scanare a întregului abdomen o faza tardivă – la 3 min de la injectare. O fază tardivă la 10-15 min este necesară

în cazul suspiciunii unui hemangiom sau colangicarcinom. • Pacienți cu carcinom hepatocelular grefat pe un ficat cirotic

o Faza triplă.

o Pacienții cu greutate peste 80 de kg – 150 ml substanță de contrast intravenoasă

o Faza triplă include o scanare nativă a întregului ficat, o fază arterială la 30 de

sec, scanare portală la 70 de sec şi o fază tardivă la 180 sec a întregului abdomen.

Cancer pancreatic

• Secțiuni native / secțiuni postcontrast oral şi intravenos.

o Contrast oral iodat sau apa ca şi contrast negativ,

o 200 ml cu 20 de minute anterior examinării

o 400 ml pe masă.

o Achiziție de imagini în inspir profund, cu indicația ca pacienții să inspire similar

în toți timpii de explorare pentru a scana întregul parenchim pancreatic.

o Scanările native – imagini cu grosime de 5 mm şi reconstrucții de 1,5 mm.

o Faza arterială – imagini cu grosime de 2,5 mm, reconstrucții de 1,25 mm.

o Faza venoasa la 80 de sec – imagini ale întregului abdomen, cu grosime de 5

mm şi reconstrucții de 1,5 mm.

Achiziția datelor elastografice a urmat un set de etape standardizate:

o Examinarea ecografica standard si Doppler. Examenul ecografic se realizează cu ajutorul

sistemului Hitachi HI Visions Preirus (Hitachi Medical Systems Europe Holding AG, Zug,

Switzerland) cu sonda convexa cu frecventa de 8-4 MHz sau sonda ecoendoscopică.

o Se activează modulul de elastografie in timp real.

o Examinarea se realizează prin abord intercostal pentru formațiunile situate in lobul drept

hepatic si prin abord epigastric pentru formațiunile situate in lobul stâng hepatic şi prin abord

transgastric sau transduodenal pentru formațiunile pancreatice

o Examinarea se realizează in apnee postexpiratorie pentru aborda transabdominal şi fără

apnee prin EUS

o Aria de interes este setata astfel încât sa cuprindă tumora si parenchim înconjurător.

o Pentru abordul intercostal se realizează compresiuni ușoare, egale ca intensitate cu ajutorul

sondei ecografice. Pentru abordul epigastric, imaginea elastografică se obține prin mișcările

induse de bătăile cordului.

o Se înregistrează 3 filme elastografice cu durata de 10 sec.

o Pentru fiecare film se calculează histograma medie (valoarea medie a histogramelor) la

nivelul tumorii. Se obțin valori numerice.

o Pentru fiecare film se calculează strain ratio (raportul intre duritatea tumorii si a

parenchimului înconjurător). Se obțin valori numerice.

A2.2. Stocarea datelor într-un sistem centralizat modular de baze de date computerizate.

Am respectat structura deja stabilită pentru baza de date. Aceasta a cuprins o cantitate

optimă de informații pentru realizarea dezideratului, câmpurile incluse fiind cele deja convenite

în cadrul primei etape a proiectului.

Am avut astfel nevoie de:

• Datele de identificare ale pacientului

o Inițialele pacientului

o CNP

o Vârsta

o Sex

• Elastografie

o Data examinării

o Diagnostic final al tumorii stabilit prin coroborarea datelor clinice,

imagistice și histopatologice

o Dimensiunea tumorii

o Aspectul parenchimului hepatic sau pancreatic

o Clasificarea tumorii hepatice în sistemul ETLT (elasticity type of liver

tumour) în 4 tipuri posibile: A, B, C, sau D

o Histograma medie și parametrii histogramei (circumferință, arie, derivația

standard, media, procentul zonelor cu duritate înaltă, complexitatea,

procentul de dispersarea a culorilor, omogenitatea tumorii)

o Strain histogram

o Stocare DICOM standard a înregistrării elastografice

• Tomografie computerizată

o Dimensiunea tumorii

o Coordonatele localizării

o Stocare DICOM standard a înregistrării tridimensionale a tumorii

Prezentăm schematic mai jos o reprezentare a sistemului imaginat în prima etapă, așa

cum a fost el implementat în cadrul acestei activități din etapa a II-a. Datele pacienților sunt

stocate în mod dinamic în baza de date, accesibilă local prin interfața de autentificare folosindu-

se criptare locală. Aceste informații sunt oricând vizualizabile de la distanță prin interfața de

utilizator, putând fi de asemenea modificate prin interfața de administrare. Ambele tipuri de

interfețe on-line beneficiază de criptare la nivel SSL, asigurând standardul de securitate impus

de natura proiectului. Acesta este descris pe larg în paragrafele următoare.

Reprezentarea schematică a platformei on-line create pentru interacțiunea cu baza de date

Bazele de date care au stocat datele pacienților au fost securizate folosind protocoalele

Secure Socket Layer (SSL) și Transport Layer Security (TLS). Acestea sunt protocoalele de

securitate cel mai des utilizate astăzi, definind de fapt un singur protocol standardizat. Astfel,

datele au fost securizate cu ajutorul unui protocol care prevede un canal securizat intre doua

mașini care operează pe Internet sau pe o rețea internă. Sistemul de baze de date conceput

permite conectarea printr-un browser web în siguranță la un server de web de pe Internet, lucru

nesigur în mod normal care însă a fost posibil folosind protocolul SSL.

Din punct de vedere tehnic, TLS este un protocol transparent, care necesită interacțiune

minimă din partea utilizatorului final atunci când se stabilește o sesiune securizată. TLS

reprezintă astfel evoluția SSL. De obicei, SSL este utilizat pentru a securiza tranzactiile bancare,

transferul de date și datele de identificare.

Am folosit certificate SSL – mici fișiere de date la care se leagă digital o cheie

criptografică ce conține detalii ale organizației noastre. Acestea au fost instalate pe un server

de web, acesta activând lacătul și protocolul https prin portul 443, permițând conexiuni sigure

de la server-ul web ce conținea bazele de date (și deci datele pacienților) și orice browser web

folosit de către noi. Certificatele SSL au fost emise de către o Autoritate de Certificare de

încredere, provenind dintr-un certificat “root” pe 2048 de biți. Certificatul de bază este prezent

pe calculatoarele de pe care se accesează datele, pentru validarea certificatului individual. În

cazul în care s-ar încerca accesarea de pe un alt calculator, neautorizat, browser-ul prezintă un

mesaje de eroare.

A2.3. Reconstrucția volumetrica tridimensională şi maparea texturilor rezultate din

datele de elastografie.

Aceasta etapa a presupus initial realizarea primelor achizitii de date medicale de la

pacienti, cu stocarea lor intr-un format special care sa includa atat geometria anatomica cat si a

date calitative ale tesutului tumoral, in comparatie directa cu tesutul normal adiacent.

Achizitia datelor a presupus urmatoarele operatiuni specifice: tomografie pacient,

elastografie/ecografie, imagistica hibrida cu registrare CT/elastografie.

Operatia complexa de imagistica hibrida a fost realizata cu sistemul original TRIGER

dezvoltat anterior de catre echipa acestui proiect in cadrul grantului POSCCE-A2-O2.3.1 cu

titlul "Sistem inovativ pentru diagnosticul precoce, stadializarea exactă şi monitorizarea

tratamentului pacientţilor cu tumori digestive şi bronhopulmonare (TRIGER)" Contractul de

finanţare nr. 285/16.12.2010.

Imagistica hibrida presupune prezentarea simultana, in timp real, a imaginii unei zone

anatomice, obtinuta prin diverse procedee: CT, RMN, PET, EUS, EBUS, etc. Utilitatea

medicala acestei metode este data de informatia aditionala oferita, si care poate fi folosita pentru

un diagnostic mai precis sau o ghidare in timpul unei proceduri.

Trackingul electromagnetic presupune obtinerea pozitiei (distante) si orientarii

(unghiuri) unui senzor aflat intr-un camp magnetic delimitat ca volum (500x500x500mm),

relativ la generatorul de camp magnetic. Acest senzor se poate introduce in instrumente

medicale utilizate in diverse proceduri.

Pentru a utiliza trackingul electromagnetic in imagistica hibrida trebuie sa se alinieze

un volum scanat anterior (prin CT, RMN, PET, etc) cu volumul in care se efectueaza procedura

utilizand instrumentul ce contine senzorul. Cu alte cuvinte se aliniaza in timpul procedurii,

volumul scanat al pacientului cu pacientul fizic. Alinierea se numeste "registration".

Alinierea a doua volume presupune identificarea unor puncte similar pe ambele volume

si suprapunerea punctelor. Punctele identificate pot fi interne sau externe, anatomice sau

artificiale (aplicate pe pielea pacientului). Cea mai precisa metoda presupune fixarea pe pacient

a unor markeri externi inainte de scanarea CT, si care sa se pastreze si la procedura de EUS.

Erorile ce intervin in imagistica hibrida cu orientare electromagnetica:

- volumul scanat initial este diferit de volumul din timpul procedurii (țesuturile moi,

- sistemul de tracking are erori (aprox. 1mm),

- senzorul plasat in instrument poate avea erori (la, senzorul fiind un tub cu diam. de 0.3

mm si lung de 8 mm, are o eroare variabila de rotatie dupa axa tubului de pana la 10 grade,

pentru ca senzorul care este intr-un cateter se roteste diferit fata de endoscop, mai ales cand

acesta este torsionat in timpul procedurii, si o eroare de 1-2 mm translatie de-a lungul axei,

provenita tot din miscarile diferite fata de endoscop).

- erori din identificarea markerilor anatomici sau externi. La cei anatomici eroarea este

inevitabila, depinde de abilitatea medicului de a identifica o structura anatomica si pe CT si pe

EUS.

TRIGER este un sistem de imagistica hibridă care cu minime modificari poate fi utilizat

in eco-endoscopie, eco-bronhoscopie, endoscopie, colonoscopie, bronhoscopie etc., ce prezintă

pe ecran sectiunea reconstruita dintr-un stack CT sau RMN corespunzatoare pozitiei senzorului

din instrument. In prezent este particularizat pentru EUS.

Componență: un sistem de tracking electromagnetic (Aurora, NDI), un software, un

computer, un cateter cu senzor electromagnetic, un disc cu senzor electromagnetic.

Pentru utilizarea sistemului TRIGER in timpul procedurii de ecografie/elastografie a

pacientului cu tumora hepatica s-au realizat urmatoarele operatii:

a. computerul cu software-ul TRIGER s-a adus in sala de procedura eco/elastografie si

s-a conectat la ecograf printr-un cablu s-video.

b. s-a montat pe targa de procedura, bratul care sustine generatorul de camp magnetic al

AURORA astfel incat volumul campului magnetic generat sa cuprinda zona anatomica ce va fi

investigata. S-au instalat restul componentelor sistemului AURORA.

c. pacientul a fost asezat pe targa de procedura eco/elastografie,

d. s-a fixat pe proba ecografica un senzor electromagnetic de pozitie care s-a conectat la

sistemul Aurora.

e. s-a lansat in executie software-ul TRIGER care intra automat in modul Calibration,

si s-a incarcat stack-ul de sectiuni CT ale pacientului,

f. s-a identificat si s-a selectat prin click cu mouse-ul, pe stackul CT, un marker anatomic

extern (osul xifoid) si s-a plasat in acea pozitie, pe pielea pacientului, discul cu senzor.

g. s-a identificat si s-a selectat prin click cu mouse-ul, pe stackul CT, cel de-al doilea

marker. Acesta trebuie sa fie un marker anatomic intern, spre exemplu trunchiul celiac.

h. s-a selectat pe stackul CT tinta care va fi urmarita in timpul procedurii (ex: tumora ce

urmeaza a fi punctionata).

i. s-a inceput procedura de eco/elastografie asistata de sistemul TRIGER prin selectia

din menu-ul superior a butonului Settings si Operation prin care TRIGER aliniaza CT cu

volumul fizic al pacientului aflat pe targa. Fereastra de lucru a TRIGER contine 3 ecrane: stanga

sus - sectiunea virtuala CT (este o sectiune reconstruita conform pozitie instrumentului medical,

nu este o sectiune obisnuita din stackul CT), in dreapta sus este fereastra cu imaginea

elastografiei preluata prin cablu s-video de la ecograf, si in stanga jos, un model 3D al anatomiei

reconstruit dupa stack-ul CT.

j. In acest moment sistemul TRIGER este functional, s-a realizat o prima calibrare, dar

intra automat in modul Calibration cu CT blocat pentru a da posibilitatea medicului sa identifice

si ce-l de-al doilea marker intern, adica trunchiul celiac. Medicul incepe procedura elastografiei

si in momentul in care identifica pe ecranul de eco o imagine "identica" cu cea de CT blocata,

deblocheaza sistemul. In acest moment TRIGER recalculeaza alinierea volumelor adaugand

un offset translatie+rotatie si trece in modul Operation, prezentand in timp real in ecranul din

stanga sus, imaginea CT reconstruita corespunzatoare celei de eco din dreapta.

k. S-au inregistrat succesiv scanari ale tumorii prin elastografie impreuna cu sectiunea

CT virtuala corespunzatoare, reconstruita in stanga ecranului.

Aceste sectiuni seriate prin tumora CT-elastografie permit maparea pe zona tumorala a codului

de culori obtinut la elastografie, deci a proprietatilor elastice ale tesutului tumoral. Informatia

este strict calitativa, prin comparatie cu elasticitatea/rigiditatea tesutului invecinat. Din

literatura de specialitate s-au obtinut informatii cantitative pentru intrepretarea codului de culori,

respectiv a modulului de elasticitate a tesutului hepatic normal si tumoral.

Prin identificarea conturului ficatului si a zonei tumorale pe fiecare sectiune din stackul

CT s-a realizat utilizand SolidWorks un model tridimensional care apoi a fost exportat intr-un

program de calcul prin metoda elementelor finite Ansys. In cadrului programului Ansys au fost

realizate primele simulari ale palparii ficatului in zona formatiunii tumorale cu bune rezultate

privind raspunsul elastic al structurii cu evidentierea tesutului tumoral.

Acest model elastic va fi transferat in etapa urmatoare catre manusa cu interfata haptica prin

intermediul unui modul software de interfata ce va calcula in timp real raspunsul structurii la

operatia de palpare.

Diagrama activitatilor etapei II

Activitatea 2.4 Interacţiunea cu modelul tridimensional în cadrul realităţii virtuale

Identificarea particularităților anatomice și fiziologice ale sistemului senzorial tactil utilizate în

proiectarea și realizarea sistemului haptic

Utilitatea dispozitivelor haptice constă în faptul că utilizatorul reușește să cunoască

mediul cu care interacționează prin contactul direct, fizic cu mediul.

In esență, prin contactul tactil, utilizatorul identifică două tipuri de informații:

• Informații primare – identificate direct de sistemul senzorial tactil:

- Existența corpului de contact

- textura suprafeței de contact

- consistența suprafeței de contact

• Informații complementare – identificate în conjuncție cu mișcarea mâinii:

- forma corpului de contact

- volumul corpului de contact

- greutatea corpului de contact

- caracteristicile mediului în care se află corpul de contact, privind umiditatea,

vibrații, temperatura, presiune, eventual pH-ul

- modul în care corpul de contact reacționează mecanic (forțe de rezistență,

moment de torsiune) cu mediul in care acesta din urma este integrat

Din punct de vedere al explorării tactile au fost identificate o serie de mișcări standard

– proceduri exploratorii, care permit achiziția atât a informațiilor primare, cât și a informațiilor

complementare (S. J. Lederman and R. Klatzky ,1987; S. J. Lederman and R. L. Klatzky,1996):

Procedura

explorator

ie

Proprieta

tea

explorata

Descriere: Descriere

grafica

Gradul de identificare a proprietatii obiectului explorat

Textura Consist

enta

Temper

atura

Greut

atea

Volum

ul

Forma

globala

Forma

exacta

Mișcare

laterala

Textura

suprafetei

Mâna

executa

mișcări

circulare

exploratorii,

producând

forte reduse

de frecare cu

suprafața

explorata

2 1 1 0 0 0 0

Mișcarea

de apăsare

Existenta

obiectului,

elasticitate

,

consistent

a

Mâna apasă

corpul

explorat în

vederea

determinării

consistentei

acestuia

1 2 1 0 0 0 0

Contactul

static

Temperatu

ra

Mâna este în

contact cu

obiectul fără

a imprima

vreo mișcare

1 0 2 0 1 1 0

Mișcări de

ridicare-

coborâre

ale

obiectului

Greutate Mâna ridica,

coboară

obiectul, fără

a beneficia

de un suport

extern

0 1 1 2 1 1 0

Cuprindere

a obiectului

Volumul

obiectului,

forma

globala

Mâinile

cuprind

forma

obiectului

fără a ii

imprima vreo

deformare

1 1 1 1 2 2 0

Mișcarea

de urmărire

a

conturului

obiectului

Forma

exacta

Mâna

explorează

prin atingere

(cu o forța

constantă)

întreaga

suprafață a

obiectului

sau muchiile

acestuia.

1 1 1 1 1 1 3

Din analiza acestor proceduri exploratorii se poate concluziona faptul că

extragerea/recreerea informației haptice este dependenta atât de sistemul senzorial anatomic de

care dispune subiectul uman, dar și de completarea dinamică pe care mișcările mâinilor

contribuie la recreerea conceptuală a mediului explorat.

Identificarea sistemului senzorial anatomic și a particularităților acestuia trebuie

realizată urmărindu-se o separare a senzorilor statici și dinamici axându-ne în special pe

localizarea și dimensiunea perceptuală a sistemului senzorial tactil uman.

Astfel sunt identificați receptori tactili punctuali dinamici (FA I) și statici (SA I),

respectiv receptori tactili de suprafața dinamici (FA II) și statici (SA II) (Phillips, J. and Johnson,

K. O. 1981;Johansson RS, Landström U, Lundström R.,1982).

Tipul

receptorului

Diametrul suprafeței

senzoriale

Domeniul de

frecventa

Proprietatea senzorială

identificată

FA I 3 – 4 mm 10 – 60 Hz Elasticitatea locală

SA I 3 – 4 mm CC – 30 Hz Forta compresiva –

curbura

FA II > 20 mm 50 – 1000 Hz Vibrațiile

SA II > 10 mm CC – 15 Hz Gradientul de

elasticitate

Localizarea acestora la nivelul subiectului uman și principalele caracteristici senzoriale

sunt prezentate în figura următoare (Vallbo AB, Johansson RS.,1984):

Modul în care amprenta unui obiect explorat este percepută de sistemul senzorial uman

este principalul element de la care trebuie pornită proiectarea si realizarea unui sistem haptic

eficient. În acest sens modul în care este perceput alfabetul Braille conduce la concluzia că

utilizarea unor elemente actuatorice virtuale care să recreeze senzatia tactilă de contact cu un

corp, trebuie obligatoriu să se bazeze pe suprafețe reactive și nu pe sisteme reactive punctuale

(Phillips JR, Johansson RS, Johnson KO., 1990)

.

O altă direcție perceptual tactilă este datorată modalității de prindere a obiectelor supuse

interacțiunii. Prinderea fermă, minimală, dar exploratorie, necesită minim 3 puncte de contact.

Informațiile pe care această acțiune le oferă subiectului investigator sunt:

- informațiile statice, referitoare la suprafețele de contact – elasticitate, duritate, reactivitate

locală

- informațiile dinamice referitoare la forma și consistența obiectului explorat.

(Pont, S.C., Kappers, A. M. L., Koenderink, J.J.,1999)

Cele 3 puncte de contact permit

identificarea formei/curburii

corpului cercetat în două moduri:

- un mod de tip referință locală –

contactul degetelor laterale cu

corpul explorat oferă, prin

amprenta suprafeței de contact,

informații privind curbura locală a

corpului, lungimea suprafeței

cuprinse între punctele de contact,

elasticitatea locală a corpului

- un mod de referință relativ la

punctele de contact laterale, cât

informația referitoare la corpul

investigat este raportată la nivelul

considerat ca referință al celor două

puncte de contact laterale

Concluzii

Sistemul haptic ce urmează a fi dezvoltat va trebui să:

- ofere stimuli reactivi la nivel de suprafață

- asigure excitarea reactivă la nivelul receptorilor nervoși punctuali FA I și SA I,

respectiv receptorilor nervoși de suprafață SA II și FA II

- interacționeze dinamic cel puțin pentru procedurile exploratorii standard, în vederea

recreerii realiste a mediului real.

Studiile orientate spre utilizarea dispozitivelor haptice în medicină, realizate în ultima

perioadă, au cuprins două direcții majore:

- realizarea unui dispozitiv haptic care să permită investigarea medicală minimal invazivă,

respectiv utilizarea de sisteme hipersensibile care să ofere suficiente informații pentru a ajuta

medicul să facă diferența cu o mare probabilitate, între țesutul, organul sănătos și cel bolnav

- realizarea unui dispozitiv haptic care să permită antrenarea medicilor, în condiții cvasi-

reale, utilizând mediul virtual, astfel încât aceștia să poată localiza cu succes, în condiții reale,

zona bolnavă.

Primul tip de dispozitiv haptic – sistem haptic de investigație sau sistem haptic investigator,

impune următoarele elemente definitorii:

• Încarcare hardware redusă – scopul acestui desiderat este ca efortul tehnologic să se

concentreze spre minima încărcare a medicului, în cadrul procedurii de investigare,

pentru a nu transmite informații eronate privind elasticitatea, la contact , a zonei

explorate

• Sistem senzorial extern hipersensibil, în special sistem senzorial compliant (de

contact) avansat. Rolul acestei componente este de a permite colectarea

informațiilor senzoriale, cu o precizie și sensibilitate senzorială mult mai mare decât

o poate face medicul investigator

• Software avansat care pe baza informațiilor primite de la sistemul senzorial să

interogheze o bază de date care cuprinde elemente definitorii referitoare la zonele

explorate, astfel încât anomaliile să poată fi încadrate, cu un grad de încredere

ridicat, în patologie sau în particularități fiziologice.

• Respectarea unor protocoale cinematice de investigare care să permită calibrarea

informațiilor achiziționate senzorial la setul de informații stocate în cadrul bazei de

date cu patologie

Cel de-al doilea tip de sistem haptic, sistemul haptic de antrenament, care face obiectul

prezentei cercetări impune un set de elemente definitorii, elemente care parțial se pot suprapune

cu cele ale sistemului haptic investigator:

• Încarcare hardware redusă – sistemul haptic tebuie să intervină cât mai puțin, prin

încarcarea suplimentară pe care o conferă structura haptică (greutate, sistemul de

prindere pe mâna medicului ce urmează a fi antrenat) în activitatea de antrenare a

medicului

• microsisteme actuatorice avansate destinate recreerii senzațiilor tactile caracteristice

explorării mediului real afectat, astfel încât la finalizarea antrenamentului, medicul

să poată face distincție în realitate, între zona afectată și cea sănătoasă.

• software care face apel la o bază de date în scopul preluării informației definitorii

pentru anumite afecțiuni tumorale sau particularități fiziologice, informații care vor

putea fi transpuse în comenzi reactive pentru sistemele microactuatorice

• proceduri de antrenament cinematic care cuprind procedurile investigatorii

caracteristice protocolului cinematic destinat explorării mediului real și implicit

calibrarea cinematică a mediului virtual la mediul cvasi-real.

Aparent, ambele sisteme haptice sunt sisteme care, din punct de vedere hardware sunt

sisteme în buclă deschisă.

Definirea sistemului automat este realizată prin intermediul subsistemului software:

• în cazul sistemului haptic de investigație, acesta emite o decizie în urma comparării

informației senzoriale cu informația stocată în baza de date, fără ca această decizie să

aibă efect la nivelul sistemului haptic ci numai la nivelul sistemului decizional al

medicului investigator,

• în cazul sistemului haptic de antrenament, aparent sistemul senzorial este înlocuit de

informația stocată în baza de date, astfel încât aceasta să constituie mărime de intrare

pentru comanda microsistemelor actuatorice ce au rolul reproducerii mediului real prin

intermediul mediului virtual. Efectul decizional, în acest caz, lipsește, neexistând o

modalitate clară de măsurare a gradului de identificare a patologiei din partea medicului

antrenat. În plus, dacă adăugăm particularitățile senzoriale fiziologice ale fiecarui om,

gradul de eficiența a antrenamentului, ca instrument de antrenament general valabil, este

îndoielnic.

Pentru ameliorarea acestui ultim deziderat se impune identificarea unui feed-back

fiziologic adaptiv din punctul de vedere al medicului antrenat, element care să permită

măsurarea gradului de asimilare al antrenamentului senzorial de către acesta.

Pentru cazul sistemului haptic investigator, microsistemele actuatorice destinate

reproducerii senzațiilor tactile tumorale, au absolută nevoie de o comandă în buclă închisă,

astfel încăt la nivel hardware să se asigure controlul acestor sisteme în vederea stabilizării

acțiunilor la nivelul elementelor definitorii ce trebuiesc recreate, elemente definitorii stocate

structural în baza de date.

Ca o concluzie asupra acestui scurt breviar de proiectare, un instrument haptic de

antrenament virtual destinat medicinii, pentru a fi eficient, ar trebui să dispună de posibilitatea

achiziției de informații tactilo-cinematice de la subiecții cu patologie tumorală, pentru ca pe

baza respectivelor informații să poată fi construită o baza de date cu un grad ridicat de realism.

Sigur că această bază de date poate beneficia de informații complementare oferite de alte

proceduri investigatorii pentru a putea completa procedura de depistare a tumorii.

Fără ca informațiile din baza de date să fie achiziționate printr-un sistem cel puțin compatibil

cu sistemul haptic de antrenament, gradul de virtualitate ar fi mult prea ridicat, sistemul haptic

de antrenament devenind doar un instrument de antrenament grosier, incipient.

A2.5. Participarea la congrese şi diseminarea rezultatelor obţinute

PUBLICAŢII

Articole publicate în reviste cotate ISI

• Gheonea DI, Streba CT, Ciurea T, Săftoiu A. Quantitative low mechanical index contrast-

enhanced endoscopic ultrasound for the differential diagnosis of chronic pseudotumoral

pancreatitis and pancreatic cancer. BMC Gastroenterol. 2013 Jan 3;13:2

Articole publicate în reviste indexate în BDI

• Dumitrescu CI, Gheonea IA, Sandulescu L, Surlin V, Saftoiu A, Dumitrescu D. Contrast

enhanced ultrasound and magnetic resonance imaging in hepatocellular carcinoma

diagnosis. Med Ultrason. 2013 Dec;15(4):261-7.

• MI Costache, A Săftoiu, DI Gheonea. Detection and Characterization of Solid Pancreatic

Lesions (Contrast-Enhancement, Elastography, EUS-Guided Fine Needle Aspiration).

Video Journal and Encyclopedia of GI Endoscopy. 2013;1(2):Pages 545-547

Rezumate publicate în reviste cotate ISI

• Streba CT, Gheonea IA, Sandulescu LD, Saftoiu A, Gheonea DI. Virtual Palpation Model -

Combining Spiral CT and Elastography Data: A Proof-of-Concept Study. Gastroenterology

2013;144(5):S992-S993

Lucrari prezentate la congrese internationale si nationale

• Streba CT, Gheonea IA, Sandulescu LD, Saftoiu A, Gheonea DI. Virtual Palpation Model -

Combining Spiral CT and Elastography Data: A Proof-of-Concept Study. Digestive Disease

Week, Mai 2013, Orlando, SUA

• Ioana Andreea Gheonea, Simona Bondari, A. Bondari, Zoia Stoica. Model de palpare

virtuala utilizand CT multislice si elastografia ultrasonografica in diagnosticul

hepatocarcinomului. Congresul National de Radiologie si Imagistica Medicala. Octombrie

2013. Bucuresti, Romania

Director proiect Șef. Lucrări. Dr. Dan Ionuț Gheonea