Soft-body simulation for virtual reality-based thoracoscopic training

The use of minimally invasive surgical techniques, particularly thoracoscopic surgery, is a significant advancement in the field of surgery. By reducing the need for large incisions, thoracoscopic surgery promotes faster patient recovery, lowers the risk of infection, and lessens postoperative pain. Comprehensive training is required to master thoracoscopic techniques due to their distinct differences from open surgery practices. However, there is a need for specialised and accessible training methods. The aim of this study is to develop a cost-effective virtual reality (VR) thoracoscopic training environment. This will be achieved by using the Extended Position-Based Dynamics (XPBD) model to simulate the behavior of soft lung tissues manipulation with high accuracy, real-time performance, and absolute stability. This approach aims to prepare aspiring surgeons for the complexities of laparoscopic simulation boxes and ultimately, actual thoracoscopic procedures on patients. To evaluate the effectiveness of our training modules and simulation techniques, we collaborated with thoracic surgery residents from the University of Turin. The study assessed the impact of our VR simulation on surgical skills and yielded promising results, confirming the potential of VR simulation in surgical education. Our work highlights the potential of low-cost VR simulation environments to transform advanced surgical training, making it accessible and effective.

L'uso di tecniche chirurgiche mininvasive, in particolare la chirurgia toracoscopica, rappresenta un progresso significativo nel campo della chirurgia. La chirurgia toracoscopica favorisce un recupero più rapido del paziente, non ricorre a grandi incisioni, riduce il rischio di infezioni e diminuisce il dolore post-operatorio. Per padroneggiare le tecniche della chirurgia toracoscopica, è necessaria una formazione completa, considerata la netta differenza rispetto alle pratiche di chirurgia aperta. Tuttavia, è necessario disporre di metodi di formazione specializzati e accessibili. Lo scopo di questo studio è sviluppare un ambiente di formazione toracoscopica in realtà virtuale (VR) che sia economicamente vantaggioso. Questo obiettivo sarà raggiunto utilizzando il modello Extended Position-Based Dynamics (XPBD) per simulare il comportamento della manipolazione dei tessuti molli polmonari con precisione elevata, prestazioni in tempo reale e totale stabilità. Questo approccio serve per preparare futuri chirurghi ad affrontare le complessità dei box di simulazione laparoscopica e, in ultima analisi, la procedura toracoscopica nel mondo reale. Per valutare l'efficacia dei nostri moduli formativi e delle tecniche di simulazione, abbiamo collaborato con gli specializzandi in chirurgia toracica dell'Università di Torino. Lo studio ha osservato l'impatto della nostra simulazione VR sulle competenze chirurgiche e ha fornito risultati promettenti, confermando il potenziale della simulazione VR nella formazione chirurgica. Il nostro lavoro evidenzia il potenziale degli ambienti di simulazione VR a basso costo per trasformare la formazione chirurgica avanzata, rendendola accessibile ed efficace.