Uso de simulación con realidad virtual 3D mediada por gestos para el aprendizaje de destrezas psicomotoras básicas en cirugía mínimamente invasiva

• Autores: Fernando Álvarez López
• Directores de la Tesis: Francesc Saigí Rubió (dir. tes.), Marcelo Fabián Maina Patrás (codir. tes.)
• Lectura: En la Universitat Oberta de Catalunya ( España ) en 2021
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Francisco Miguel Sánchez Margallo (presid.), Pierre Bourdin (secret.), Davinia Hernández Leo (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Educación y TIC (e-learning) por la Universitat Oberta de Catalunya
• Materias:
  • Matemáticas
    • Ciencia de los ordenadores
      • Simulación
  • Ciencias médicas
    • Cirugía
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: O2 Repositori UOC
• Resumen

  • La aparición de la cirugía mínimamente invasiva (Minimally Invasive Surgery -MIS-) a mediados de la década de los 80 ocasionó que se triplicaran las lesiones de las vías biliares porque los cirujanos no eran conscientes de la importancia de un entrenamiento previo que permitiera desarrollar las nuevas destrezas psicomotoras requeridas. En la MIS se pierden el eje directo ojo-mano, la sensación de profundidad y la binocularidad, se disminuye la percepción táctil, se produce un aumento del temblor en manos y brazos, se reduce el campo visual, se aumenta la carga cognitiva, entre muchos otros fenómenos. Las nuevas destrezas necesarias para superar estas dificultades no pueden ser aprendidas en el ser humano in vivo por motivos éticos, y aunque hay modelos de simulación como las cajas y los procesos en animales, estos requieren la participación de tutores altamente entrenados y un personal costoso y escaso. Es por esto que los modelos de simuladores de realidad virtual se han convertido en una alternativa de solución y por esto, muchos estudios de validez y revisiones sistemáticas de la literatura han demostrado que la simulación, mediante realidad virtual, es una herramienta efectiva para adquirir destrezas psicomotoras en MIS. Sin embargo, el alto costo de los simuladores de realidad virtual y de realidad virtual aumentada, dificulta el acceso a esta tecnología. El desarrollo de soluciones portátiles y de bajo costo son una posible alternativa porque permite potencialmente adquirir dichas destrezas en cualquier momento y lugar (“ubiquitous learning”). Las nuevas tecnologías de dispositivos “Commercial off-the-shelf” -COTS- mediados por gestos que detectan los movimientos de las manos y de instrumentos físicos abren un campo muy interesante de exploración sobre el desarrollo y validación de nuevos modelos de simuladores de realidad virtual.

    La presente tesis se ha organizado en tres fases del proceso de investigación, cada una de ellas según el paradigma de investigación llamado Investigación Basada en el Diseño (“Design-Based Research” -DBR-). La primera fase consistió en revisar sistemáticamente la literatura que permitiera identificar los dispositivos COTS mediados por gestos disponibles en el mercado y cuál era su uso en cirugía y especialmente en simulación para el aprendizaje de destrezas psicomotoras en MIS. Además, se revisó la literatura sobre la simulación para el aprendizaje de destrezas motoras en MIS con el propósito de conocer las teorías descriptivas (kernel) y prescriptivas sobre el aprendizaje de destrezas motoras, conocer los principios de diseño de hardware y software en simulación en MIS, los tipos de retroalimentación, la métrica y las tareas. La segunda fase de la investigación consistió en desarrollar un prototipo funcional de un simulador en un entorno 3D mediado por gestos utilizado el Leap Motion ControllerTM (Leap Motion Inc., San Francisco, CA, USA) (LMC). El proceso iterativo de desarrollo se basó en pruebas de ensayo y error de los prototipos y en la retroalimentación proporcionada por los expertos en MIS durante el estudio de validez de contenido. En la tercera fase, se obtuvo la mayor cantidad de fuentes de validez (de contenido, de consistencia interna, de relación con otras variables y de consecuencias de la prueba –incluyendo el aprendizaje de destrezas psicomotoras básicas–) para las tareas del simulador según el marco conceptual de validez planteado por Messick.

    Los resultados de la presente tesis doctoral permitieron establecer, en primer lugar, el estado del arte sobre el uso de COTS en cirugía y, en especial, identificar el LMC como una opción de bajo costo para ser utilizada en el nuevo simulador. En segundo lugar, se desarrolló un prototipo funcional que llamamos “Simulator in MIS mediated by Gestures of Virtual Reality” (SIMISGEST-VR). Finalmente se obtuvo evidencia de validez a partir de múltiples fuentes para la métrica y los puntajes de las tareas, para la confiabilidad intra- rater en el tiempo y la consistencia interna, evidencia alta para las consecuencias de la prueba y confirmación parcial con respecto a las relaciones con otras variables.

    En conclusión, los resultados de las pruebas para obtener evidencia para fuentes de validez apoyaron la validez de los puntajes y de la métrica utilizados para demostrar el aprendizaje de las destrezas psicomotoras básicas en MIS mediante un nuevo simulador portátil y de bajo costo que utiliza tecnología de interacción hombre-máquina mediada por gestos.