Improvement of psychomotor skills development for Veress needle placement using haptics and virtual reality

Veress needle (VN) insertion is the first step of every laparoscopic procedure, which allows the surgeon to inflate the abdomen with CO2, known as pneumoperitoneum. VN insertion is never perfectly safe, and almost every kind of intra-abdominal organ injury, most notably vascular and bowel injuries, due to these insertions has been reported worldwide. Therefore, proper cognitive and psychomotor training is needed. Virtual reality (VR) and haptics technologies have the potential to offer realistic simulations without putting patients at risk. However, currently, there are no commercially available VR and haptic simulators for VN insertion. A novel VR and haptic surgical simulator for VN insertion has been developed. It allows trainees to learn how correctly puncture the abdominal wall without damaging the internal organs, by visualizing an anatomically correct 3D virtual human abdomen, and experiencing realistic tactile sensations throughout the simulation by manipulating a virtual VN with a haptic device stylus. This dissertation presents the design and implementation details and the test of the VN virtual reality and haptic simulator on two different platforms: OpenHaptics Toolkit using the LACE Library, and CHAI3D.

L'inserimento dell'ago di Veress (VN) è il primo passo di ogni procedura laparoscopica, che permette al chirurgo di gonfiare l'addome con CO2, noto come pneumoperitoneo. L'inserimento del VN non è mai perfettamente sicuro, e sono state segnalate in tutto il mondo quasi tutti i tipi di lesioni d'organo intra-addominale dovute a questi inserimenti, in particolare le lesioni vascolari e intestinali. Pertanto, è necessaria un'adeguata formazione cognitiva e psicomotoria. La realtà virtuale (VR) e le tecnologie aptiche hanno il potenziale di offrire simulazioni realistiche senza mettere a rischio i pazienti. Tuttavia, attualmente non esistono in commercio simulatori aptici e di VR per l'inserimento del VN. Per questo, un innovativo simulatore chirurgico aptico e di VR è stato sviluppato per l'inserimento del VN. Esso permette agli studenti di imparare come perforare correttamente la parete addominale senza danneggiare gli organi interni, visualizzando un addome umano virtuale 3D anatomicamente corretto, e sperimentando sensazioni tattili realistiche durante la simulazione, manipolando una VN virtuale con la penna di un dispositivo aptico. Questa tesi presenta i dettagli di progettazione e realizzazione e il test del simulatore su due diverse piattaforme: OpenHaptics Toolkit, che utilizza la LACE Library, e CHAI3D.