Haptic virtual reality surgical simulator for training of percutaneous renal access : a feasibility study

Percutaneous renal access (PCA) is a technically challenging surgical procedure that requires extensive training and presents a steep learning curve for medical residents. Current PCA simulators using manikins and animals are either inaccurate, highly priced, or subject to quick tissue degradation. Also, the prolonged training with a real fluoroscope exposes trainees to conspicuous amounts of radiation, limiting its use. Currently-available virtual reality simulators do not provide haptic feedback. Since physicians rely mainly on tactile feedbacks to execute surgical procedures, the integration of haptics is indisputably essential for a realistic simulator, along with an accurate reproduction of the human anatomy. The haptics-based virtual reality surgical simulator project focuses upon the development and evaluation of a tool for training in percutaneous renal access. By the use of virtual reality and haptics technology, the application allows trainees to learn how to correctly puncture a kidney under fluoroscopy guidance, by exploring a 3D virtual human body and experiencing real tactile sensations while touching the surface of skin, bones, kidneys and collecting system, lungs, spleen and vessels with a virtual needle. Our innovative haptics-based VRS the potential to be an important resource for enhancing the current training of Interventional Radiology and Urology residents, with the objective of improving their hand-eye coordination and shorten the learning curve for PCA, allowing extended training in a radiation-free environment without compromising patient safety.

L'accesso renale percutaneo (PCA) è una procedura chirurgica tecnicamente impegnativa che richiede una formazione approfondita e presenta una lunga curva di apprendimento. I simulatori esistenti che usano manichini e animali sono inaccurati, costosi o soggetti a una rapida degradazione dei materiali. Inoltre, il training prolungato con un vero fluoroscopio espone i tirocinanti a quantità cospicue di radiazioni, limitandone l’uso. I simulatori in realtà virtuale attualmente disponibili non forniscono feedback tattile. Poiché i medici si basano principalmente su di esso per eseguire procedure chirurgiche, l'integrazione aptica è indiscutibilmente essenziale per un simulatore realistico, insieme ad una riproduzione accurata dell'anatomia umana. Il progetto del simulatore aptico chirurgico in realtà virtuale si concentra sullo sviluppo e la valutazione di uno strumento per il training sulla puntura renale percutanea. Mediante l'uso della tecnologia aptica in ambiente virtuale, l'applicazione consente ai tirocinanti di imparare come perforare correttamente un rene sotto guida fluoroscopica, esplorando un corpo umano virtuale 3D e sperimentando sensazioni tattili reali toccando la superficie di pelle, ossa, reni e sistema collettivo, polmoni, milza e vasi con un ago virtuale. Il nostro innovativo VRS aptico ha mostrato il potenziale per essere una risorsa importante per migliorare l'attuale formazione degli studenti di Radiologia interventistica e Urologia, con l'obiettivo di migliorare la coordinazione occhio-mano e abbreviare la curva di apprendimento per la PCA, permettendo una preparazione estensiva in un ambiente libero da radiazioni, senza compromettere la sicurezza del paziente.