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Computación

Una linterna virtual para explorar el interior del cuerpo

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Un sistema de realidad virtual compuesto por electrónica convencional y un avanzado software permite visualizar y manipular modelos complejos en medicina, docencia e ingeniería.

  • por Elena Zafra | traducido por
  • 04 Julio, 2012

Cuando el inventor británico Charles Wheatstone fabricó en 1838 la primera cámara estereoscópica -capaz de capturar imágenes en 3D- no podía imaginar que casi 175 años después una nueva aplicación de su tecnología permitiría a los médicos ver en tres dimensiones y de forma simultánea el exterior e interior del cuerpo de sus pacientes.

Esta capacidad de introducirse de forma virtual en el interior de un organismo humano -recreado con datos de pacientes concretos y auténticos- es ya una realidad gracias a un sistema llamado EsteroWall desarrollado por el equipo de Modelización, Visualización, Interacción y Realidad Virtual de la Universidad Politécnica de Cataluña (UPC), en España.

Tal y como explica Marta Fairén, una de las investigadoras del grupo, EsteroWall está compuesto por dos proyectores comerciales, un PC con una tarjeta gráfica actual con salida estéreo, una pantalla estereoscópica de 2,7 metros de alto y 2 metros de ancho, y un sistema de posicionamiento que permite interactuar con el modelo digital (que puede ser desde el cuerpo de un paciente, hasta la fachada de un edificio o una pieza de museo).

La clave de este dispositivo no está en los componentes electrónicos -todos ya en el mercado- sino en el software con el que funciona, la llamada ‘linterna mágica’, una serie de algoritmos que los investigadores han ido perfeccionando y ampliando desde 2003, y que hoy permiten, por ejemplo, una interacción médico-paciente muy realista. Gracias a esta pared virtual equipada con la ‘linterna mágica’ el facultativo puede apuntar al modelo generado en pantalla con un mando y visualizar la parte que más le interese – como los huesos, los tejidos blandos, la piel o las partes que están en contacto con el aire- y escoger si quiere ver una o varias de ellas a la vez.

Para crear los modelos en su aplicación médica, el sistema de la UPC recoge y analiza los datos procedentes de un TAC o de una resonancia, los métodos de captación usados habitualmente en medicina que generan imágenes 2D de cortes perpendiculares del paciente. ”A partir de esta información regeneramos el modelo en 3D que es lo que el médico ve directamente en nuestro sistema”, explica Fairén. “Si tiene que hacer una incisión para una laparoscopia o para acceder a un punto del interior del cuerpo, ver  el interior y el exterior a la vez le da mucha más facilidad y exactitud”, continua la investigadora.

Disposición de las herramientas y funciones que ofrece el software de linterna mágica virtual. Crédito: Proccedings of the 16th ACM Symposium on Virtual Reality Software and Technology

Pese a sus prometedoras aplicaciones en este campo y a que el equipo colabora con varios médicos para afinar sus características, el EsteroWall no ha sido adquirido todavía por ningún centro sanitario. Sin embargo, un sistema similar sí se ha utilizado en varios museos, concretamente en el Instituto Catalán de Paleontología de Sabadell (en España), donde el equipo escaneó y recreó en tres dimensiones los huesos de un homínido prehistórico, y en el Museo Nacional de Arte de Cataluña (España), donde realizaron una representación del pórtico románico de la Iglesia de Santa María de Ripoll, una joya del estilo románico.

En la actualidad, el equipo de la UPC está trabajando  en un proyecto de visualización de prototipos virtuales de barcos con la empresa de ingeniería y tecnología Sener. “Son modelos gigantescos, difíciles de ver de forma interactiva en un ordenador normal”, explica Fairén. Es por ello que, en este caso, uno de sus objetivos es estudiar técnicas de aceleración para conseguir una interacción fluida con el usuario. “El módulo FVIEWER le permite revisar el modelo, desplazarse por él en tiempo real, interrogarlo acerca de sus propiedades, detectar colisiones, realizar anotaciones y medir márgenes y distancias”, certifica David Suárez, director del proyecto EsteroWall de Sener, empresa con la que el equipo de la UPC  tiene además un convenio para comercializar los productos que incorporan su software.

Sener distribuye actualmente tres de sus sistemas: un dispositivo desmontable de realidad virtual con retroproyección y estéreo pasivo, una mesa estereoscópica y la pared EsteroWall, con diferentes configuraciones que dependen de su aplicación final. “La ventaja de tener un software propio es que podemos adaptarnos al cliente”, asegura Fairén.

Aunque ni Suárez ni Fairén dan cifras del precio del EsteroWall, y puntualizan que este variaría según los requerimientos de cada cliente, los investigadores de la UPC afirman que su montaje sería sencillo y que una de sus metas ha sido rebajar los costes “considerablemente” respecto a otros sistemas de realidad virtual, un ámbito en el que este grupo es una referencia en España. 

En el Laboratorio de Realidad Virtual de la Universidad de Granada, por ejemplo, dos de los equipos de realidad virtual de que disponen los ha fabricado la UPC. “El software que traen tiene implementada la linterna mágica”, confirma Juan Carlos Torres, catedrático de Lenguajes y Sistemas Informáticos de la Universidad de Granada y director del centro. Para Torres, este software es “muy útil e innovador” y la EsteroWall tiene la ventaja de ser “tecnología española y de un coste menor que otros dispositivos del mercado”.

Aunque según reconocen sus creadores las aplicaciones médicas son “lo más espectacular”, esta pared virtual podría tener éxito también en el campo de la docencia. En opinión de Suárez, además de ser útil para instalaciones en museos y exposiciones, podría ser manejada por colectivos muy variados, “desde estudiantes a personas mayores”, ya que la interacción con el sistema es sencilla y “permite transmitir una gran cantidad de información de forma muy gráfica y sintética”.

En la Universidad de Western Ontario, en Canadá, el Cuerpo de Investigación en Tecnologías de la Instrucción y la Percepción (CRIPT, por sus siglas en inglés) trabaja en esta línea, desarrollando  e incorporando materiales estereoscópicos en el currículo de los alumnos de medicina, odontología y ciencias de la salud. Timothy Wilson, profesor del departamento de Anatomía y Biología Celular y director del CRIPT, considera que aunque la estereoscopía “es muy sexy” y su uso en entornos educativos y simulación tiene “un valor y un potencial inmenso”, hay que tener en cuenta que también presenta importantes limitaciones.

Por un lado, los modelos digitales, es decir, los objetos de aprendizaje electrónicos que se crean y se utilizan, son simplificaciones de la anatomía original basados en datos procedentes de tomografías computarizadas o resonancias. “La propia simplificación podría indicar que el aprendizaje está fuertemente influenciado por el uso de estos modelos”, afirma Wilson.

Otro de los problemas es que no todas las personas ven en estéreo ni tienen la misma capacidad de comprender las imágenes 3D, lo que repercute en su capacidad para aprender de manera significativa a partir de este tipo de imágenes. “Hay varios grados de visión y estamos empezando a estudiar cómo afecta a la visión simple el hecho de ver y aprender de entornos en 3D”, indica el investigador de Ontario. “Decir que el 3D es equivalente a un mayor aprendizaje no parece ser cierto para todas las personas”, añade.

Aunque los estudiantes aún necesitan volver al terreno conocido de los libros y las ilustraciones en dos dimensiones, en opinión de Wilson el reto es conseguir que la tecnología y las diferentes formas de visualización se conviertan en un nuevo paradigma “normalizado”, donde los que prefieran las imágenes clásicas dispongan de ellas y los que aprovechen mejor el dinamismo del 3D lo consigan con la estereoscopía. "Un aspecto muy positivo del Esterowall es la posibilidad que tendría el estudiante de revisar y comprobar por sí mismo los contenidos", asegura Wilson. "Aunque no tenga una tele 3D en casa, podría llevarse un ejemplo en 2D o repasar en el laboratorio, lo que reforzaría la cadena de aprendizaje", concluye.

Sener reconoce que aún es necesario avanzar en la creación de modelos virtuales más detallados, lo que implica mejorar la captura de datos y su incorporación estructurada para que la ‘linterna mágica’ permita un acceso cómodo a ellos. No obstante, por el momento, este nuevo software y los dispositivos físicos que lo incluyen, como el EsteroWall, han abierto ya nuevas oportunidades en diversos campos que encuentran en estas herramientas una forma cómoda y operativa de aprovechar el potencial de la realidad virtual.

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