1 RESUMEN
La Sociedad de la Información debe afrontar el reto de hacer frente a los
problemas más importantes que en materia de salud, política social y bienestar
social se presentarán como potenciales pandemias en la sociedad española y
europea del futuro. Entre ellos se encuentran:
Salud física
• Obesidad
• Cáncer
• Enfermedades neurodegenerativas
• Enfermedades coronarias (rehabilitación cardíaca)
Salud mental
• Problemas de violencia y agresividad (violencia de género)
• Acoso escolar
• Problemas alimentarios (anorexia, bulimia, obesidad)
Hasta la fecha el uso creciente de las redes de comunicaciones ha permitido
estimular un cambio en la manera de suministrar los servicios de salud y
bienestar social. La realidad virtual ha resultado un elemento clave en este
cambio, proliferando su uso en diferentes áreas de la psicología y la medicina.
Como ejemplos de su uso en estos campos se pueden citar las terapias
virtuales para tratamiento de enfermedades y fobias, tratamiento del dolor,
planificaciones quirúrgicas y simuladores de cirugías mínimamente invasivas
para educación de cirujanos.
En el presente informe se explicará brevemente los conceptos de realidad
virtual y realidad aumentada, así como los elementos básicos de este tipo de
sistemas. Posteriormente se presentará un estado del arte de diferentes
aplicaciones de estas nuevas tecnologías aplicadas a la salud, así como la
tendencia futura de las mismas.
2 CONCEPTOS BÁSICOS
2.1. REALIDAD VIRTUAL Y REALIDAD AUMENTADA
La Realidad Virtual (RV) se puede definir como la forma más avanzada de
relación entre el ordenador y la persona, permitiendo al usuario interactuar
con la máquina y sumergirse en un entorno generado artificialmente. Esta
tecnología se basa en la generación interactiva multisensorial de estímulos con
el objetivo de mantener la sensación completa de inmersión en un mundo
real. Se caracteriza por la ilusión de participación en un entorno sintético, más
que la observación de éste.
El objetivo principal de un sistema de RV es la generación del sentido de
presencia en el usuario, es decir, la experiencia subjetiva de estar en un lugar,
incluso cuando físicamente se está localizado en otro. El sentido de estar en el
entorno virtual en vez del lugar donde físicamente se encuentra el cuerpo
físico del usuario se denomina presencia.
La Realidad Aumentada (RA), por el contrario, es la mezcla de información
computacional o virtual con el mundo real. En una definición clásica, la
realidad aumentada es un tipo de ambiente virtual en el cual el usuario no se
sumerge completamente en un mundo virtual sino en una mezcla de éste con
el mundo real de tal forma que, para el usuario, aparezcan los objetos virtuales
y reales coexistiendo en el mismo espacio [1].
Para Azuma [1] un sistema de RA cuenta con las siguientes características:
o Combina lo real y lo virtual. La información digital es combinada con la
realidad.
o Funciona en tiempo real. La combinación de lo real y lo virtual se hace
en tiempo real.
o Registra en tres dimensiones. La información aumentada (mezcla de
virtual y real) se localiza o “registra” en el espacio. Para conservar ilusión
de ubicación real y virtual, la información aumentada debe moverse
respecto a un punto de referencia en el mundo real. La figura 1
muestra como a partir de una imagen real y otra virtual, ésta última se
inserta en el mundo real para formar una imagen aumentada. También
puede observarse cómo de simple es cambiar la escena final sólo
cambiando la información virtual.
La información que se utiliza para aumentar la realidad puede ser no
sólo visual sino también información auditiva, olfativa o táctil.
2.2. Elementos de un sistema de RV/RA
Los elementos de un sistema de RV [2,3] son los dispositivos de entrada, los de
salida y el ordenador.
Dispositivos de entrada. Se utilizan dos tipos de dispositivos de entrada:
• Los dispositivos de control, que son aquellos mediante los cuales el
usuario comunica órdenes al sistema. En este tipo de dispositivos se
encuentran los de sobremesa, como los teclados, los ratones 2D
(trackballs), tabletas digitalizadoras, los joysticks convencionales y los
dispositivos 3D (spaceballs). En la figura 1 se muestran diferentes
dispositivos de control.
a) b) c)
Dispositivos de control: a)ratón 2D, b) joystick, c)spaceball.
• Los dispositivos de localización o trackers, que son los que utiliza el
sistema para obtener información del entorno, por ejemplo, la posición
3D del usuario. Existen localizadores de diferentes tipos:
electromagnéticos (fig. 2-c), mecánicos, ópticos (fig. 2-a), ultrasónicos,
inerciales y los híbridos que mezclan diferentes tecnologías para
aumentar la precisión. Otros localizadores más sofisticados son los
guantes de datos (fig. 2-b), los cuáles son muy utilizados para la
comunicación de gestos además de la posición, y los eye-tracking que
consiste en un sistema de localización basado en la detección de la
posición de la pupila para localizar dónde se está mirando.
a) b) c)
Dispositivos de localización: a) óptico, b) guantes de datos, c) electromagnético.
Dispositivos de salida: son los que proporcionan al usuario información sobre el
mundo y provocan en él determinadas sensaciones que pueden ser visuales,
auditivas o táctiles. Se utilizan en RV dispositvos gráficos o visuales como los
cascos de RV o Head mounted displays (fig. 3-a) y los sistemas de proyección
de una o varias pantallas (fig. 3-b); dispositvos de sonido como altavoces y
auriculares; y dispositivos de realimentación táctil y de fuerza como los
guantes de Realidad Virtual con realimentación de fuerza (fig. 3-c).
3. Dispositivos de salida: a) cascos de RV (HMD), b) pantallas, c) guantes
de RV con realimentación de fuerza.
Ordenador: realiza tareas de simulación y control de entrada/salida de datos.
3 ESTADO DEL ARTE
Aunque la RV y la RA son herramientas tecnológicas que se aplican hoy en día
en muy diversas áreas, como la educación, la arquitectura, la tecnología
militar, el marketing, etc., en este informe se realiza una revisión de diferentes
aplicaciones de estas tecnologías en diversas áreas de la psicología y la
medicina.
3.1. Realidad Virtual en psicología
La Ciberterapia o tratamiento con RV se define como “el uso de ordenadores
como herramientas para posibilitar y/o mejorar el suministro de servicios
terapéuticos”. Las aplicaciones más comunes de la RV y la RA en psicoterapia
se concentran en el área del tratamiento de fobias.
Desde principios de 1990, cuando Hodges et al. [4, 5] trataron pacientes
acrofóbicos con RV, la RV se ha propuesto como un nuevo medio de terapia.
Desde entonces, en estudios controlados, la RV ha demostrado ser tan eficaz
como la terapia ‘in vivo’ para el tratamiento de acrofobia o miedo a las
alturas [6, 7], aracnofobia o fobia a las arañas [8], y miedo a volar [9, 10, 11].
Otras fobias tratadas utilizando RV han sido la agorafobia o miedo a los
espacios abiertos [12, 13], la claustrofobia [14], o el miedo a hablar en público
[15, 16]. La figura 4 muestra algunas imágenes de RA para el tratamiento de la
acrofobia (4-a) y de la aracnofobia (4-b).
Otra aplicación de la ciberterapia en psicología es el tratamiento de estrés
postraumático, como por ejemplo las terapias aplicadas al estrés en veteranos
de Vietnam [17], o en situaciones de violencia de género (proyecto
EMMA)[18], así como en el caso de trastornos alimentarios (proyecto Etiobe)
. Entornos virtuales para el tratamiento de fobias. a)Acrofobia. b) Aracnofobia
La ciberterapia, en los últimos tiempos, utiliza también las redes de
comunicaciones que han permitido estimular un cambio en la manera de
suministrar los servicios de salud y bienestar social, dando lugar al concepto
de e-Terapia como un proceso global distribuido en el cual la comunicación y
colaboración de usuarios geográficamente dispersos (pacientes y/o clínicos)
juegan un papel clave .
3.2. Realidad Virtual en medicina
En el campo de la medicina la RV y la RA han sido ampliamente utilizados en
diferentes áreas tales como rehabilitación cognitiva y motora en pacientes
con daño cerebral [21] o en el tratamiento del dolor en el caso, por ejemplo,
de las dolorosas curas realizadas a pacientes quemados [22].
Pero si existe un campo por excelencia dentro de la medicina donde los
avances tecnológicos han supuesto una gran revolución ha sido en la cirugía.
Las técnicas avanzadas de visualización y guiado son beneficiosas para
ayudar al médico en el diagnóstico de la enfermedad, en la planificación de
la cirugía e incluso en el guiado durante la intervención. Las imágenes
médicas (TAC, Resonancia Magnética, etc.) permiten al cirujano tener un
esencial conocimiento preoperatorio de la anatomía y patologías de un
paciente. Sin embargo, el paciente es representado como un conjunto de
imágenes 2D y su interpretación resulta en muchas ocasiones una tarea difícil.
Uno de los principales retos del tratamiento digital de la imagen médica es
identificar automáticamente estructuras anatómicas y patológicas en una
imagen 3D que represente al paciente para que sirva de ayuda al diagnóstico
o de guiado en la cirugía. El uso de Realidad Virtual (RV) en medicina consiste
en crear un paciente virtual modelando en 3D sus estructuras anatómicas y
patológicas a partir de las estructuras identificadas automáticamente en el
TAC o la resonancia magnética. La RV permite una mejor visualización de la
anatomía interna del paciente que con las imágenes convencionales y un
mejor conocimiento preoperatorio, lo cual ayuda al experto a establecer el
diagnóstico así como a planificar la mejor terapia para cada caso. Además
del soporte en el diagnóstico o la planificación de la cirugía, el modelado 3D
puede usarse para el seguimiento del paciente a lo largo del tiempo,
facilitando la visualización de la eficiencia de la terapia prescrita. En la figura 2
se puede observar el conjunto de imágenes 2D (cortes) procedente de un TAC
abdominal (a la izquierda) y la reconstrucción 3D del mismo (a la derecha).
Otro importante uso de la RV en el campo de la cirugía ha sido la utilización de
entrenadores quirúrgicos que permiten al cirujano adquirir destrezas en las
diferentes técnicas de cirugía mínimamente invasivas (endoscopias,
laparoscopias, etc.) previamente a la realización de la operación “in vivo”. La
figura muestra la imagen de un entrenador quirúrgico así como un ejemplo de
imagen que ve el cirujano durante la “intervención virtual” .
Como hemos dicho anteriormente, la planificación quirúrgica es otra
importante labor que lleva a cabo la RV y los sistemas computerizados, como
ayuda a la medicina. El cirujano, previamente a la operación puede
planificarla, detectar con gran precisión la lesión a reparar o la zona a eliminar
(en el caso de tumores), e incluso planificar la “hoja de ruta” de la
intervención. Este mapa virtual le ayudará posteriormente en el quirófano,
tanto si la operación es mínimamente invasiva como si es tradicional. Los
planificadores quirúrgicos se utilizan hoy en día en todas las ramas de la
medicina: neurocirugía, cirugía abdominal, cirugía ortopédica, cirugía
maxilofacial, etc. [25]. La figura muestra una vista del sistema Implametric,
desarrollado en la Universidad Politécnica de Valencia y comercializado por la
empresa 3Dent para la planificación de la cirugía en la colocación de
Cirugía Asistida por Ordenador
La Cirugía Asistida por Ordenador (CAO) constituye un área tecnológica que
intenta desarrollar y suministrar al cirujano una serie de herramientas que le
asistan en la planificación y ejecución de procedimientos quirúrgicos [28]. La
idea subyacente en CAO no es la de la sustitución del cirujano en tareas
quirúrgicas, hecho imposible de llevar a cabo en la actualidad, sino el
desarrollar técnicas y sistemas que permitan ayudar al cirujano en las fases del
procedimiento quirúrgico, esto es, diagnóstico, planificación y ejecución.
El uso de sistemas quirúrgicos guiados por imagen se ha convertido en un
estándar en un gran número de procedimientos quirúrgicos [29, 30, 31]. Existen
numerosos sistemas comercializados desarrollados a partir de los años 90. Estos
sistemas lo forman una serie de compañías como Medtronic
(http://www.stealthstation.com ), Medtronic Sofamor Danek (MSD; Memphis,
TN, aplicado a cirugía de columna) y los fabricantes que comprenden el
consorcio "Surgical Navigation Network" (SNN; Missisagua, Ontario, Canadá). El
SSN fue lanzado en Julio de 1997 y las compañías miembros utilizan un
estándar abierto de software basado en la imagen para soportar sus
productos y tienen acuerdos de no exclusividad respecto a las ventas.
El primer paso básico y fundamental de un sistema CAO consiste en disponer
de un sistema de adquisición y visualización digital de imagen médica. Una
vez realizada la fase de planificación a partir de estas imágenes, se pasa a la
fase de intervención la cual se lleva a cabo en quirófano. El sub-sistema más
importante de un sistema CAO es el navegador quirúrgico. Dichos sistemas
consisten básicamente en un digitalizador tridimensional que proporciona en
tiempo real las coordenadas tridimensionales del instrumental quirúrgico
utilizado. Dichas coordenadas son visualizadas en una pantalla de ordenador
sobre las imágenes médicas previamente tratadas en la fase de planificación.
De esta manera el cirujano ve en todo momento la posición espacial del
instrumental utilizado disponiendo de esta forma de un sistema de navegación
anatómica que le va guiando durante la intervención, de ahí el nombre de
navegador quirúrgico. Existen diversas técnicas de navegación quirúrgica
dependiendo de la tecnología del digitalizador utilizado y de la visualización.
La utilización del navegador exige el desarrollo y puesta a punto de un sistema
de registro 3D de imagen médica. Estas técnicas consisten en hacer que el
navegador identifique la localización espacial de una serie de marcadores en
el cuerpo del paciente que a su vez son identificados en la imagen médica.
Ello permite llevar a cabo un cambio de coordenadas para pasar del sistema
de coordenadas de imagen médica al de coordenadas del digitalizador 3D y
de éste a su vez al de la pantalla de ordenador sobre el cual se visualiza la
posición del instrumental quirúrgico. En la figura se muestra el esquema de un
sistema típico de CAO.
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