Simulador virtual de la mecánica respiratoria con interfaz gráfica en realidad virtual

84 páginasEl entendimiento del sistema respiratorio es de gran importancia para el adecuado diagnóstico y tratamiento de enfermedades respiratorias. Estrategias de enseñanza y de capacitación del personal médico, como la simulación de casos clínicos y el uso de software para la visualización de la anatomía y la fisiología del sistema respiratorio, se emplean para afianzar los conocimientos clínicos. Los ventiladores mecánicos son máquinas que ayudan a que un paciente respire cuando éste no puede hacerlo por sí mismo, y en muchas ocasiones se usan para tratar enfermedades pulmonares. El uso correcto de estos puede disminuir la mortalidad de personas con afectaciones respiratorias, reducir el tiempo que los pacientes están en las unidades de cuidados intensivos y disminuir los costos hospitalarios; pero un error en la configuración de los parámetros de los respiradores podía afectar la vida del paciente. Es por esto que es tan importante una herramienta que ayude a los médicos a estimar los parámetros de los ventiladores, de una manera personalizada, según las características de cada paciente. Este trabajo presenta un simulador virtual de la mecánica respiratoria, que cuenta con una interfaz gráfica y con modelos tridimensionales del sistema respiratorio que se puede ejecutar en entornos de cómputo tradicionales y en realidad virtual. El simulador se integra con dos modelos numéricos de la mecánica respiratoria: el modelo lineal de un solo compartimiento y el modelo no lineal de N-compartimentos, los cuales usa para describir el comportamiento del volumen y el flujo del sistema respiratorio para un sujeto intubado a un ventilador mecánico. Finalmente, el programa cuenta con un algoritmo de aprendizaje reforzado con el que se estima la presión ideal en la vía aérea para un paciente intubado. El simulador desarrollado es una herramienta computacional que puede ser usada para la investigación, el desarrollo, y la educación y entrenamiento del personal médico. Permite evaluar y afianzar los conocimientos de las propiedades más importantes de la mecánica respiratoria por medio de la simulación.The understanding of the respiratory system is of great importance for the proper diagnosis and treatment of respiratory diseases. Teaching and training strategies for medical personnel such as the simulation of clinical cases and the use of software for visualizing the anatomy and physiology of the respiratory system are used to strengthen clinical knowledge. Mechanical ventilators are machines that help a patient breathe when he cannot do it himself, mechanical ventilators are often used to treat lung diseases, and the correct use of these can reduce the mortality rate of people with respiratory disorders, reduce the time that patients spend in intensive care units and reduce hospital costs. But an error in the configuration of the mechanical ventilator parameters could affect the patient's life. This paper presents a virtual simulator of respiratory mechanics, which has a graphical interface and three-dimensional models of the respiratory system that can be run in traditional computing environments and in virtual reality. The simulator is integrated with two numerical models of respiratory mechanics: the linear model of a single compartment and the non-linear N-compartments model, that are used to describe the behavior of the volume and flow of the respiratory system for a subject intubated to a mechanical ventilator. Finally, the program has a reinforced learning algorithm that estimates the ideal airway pressure for an intubated patient. The simulator developed is a computational tool that can be used for research, development, education and training of medical personnel. It allows to evaluate and strengthen the knowledge of the most important properties of respiratory mechanics through simulation