Investigadores de Duke: La realidad virtual podría mejorar las intervenciones cardiovasculares (+ver vídeo)
Fecha de publicación:DURHAM – Imagine simular la vasculatura específica de un paciente para predecir con precisión cómo las decisiones, como la colocación del stent, pueden alterar el flujo sanguíneo y afectar los resultados quirúrgicos.
Eso es lo que los ingenieros biomédicos de la Universidad de Duke están desarrollando (una herramienta de simulación masiva del flujo sanguíneo llamada “HARVEY”) que puede modelar el flujo sanguíneo a través de todo el sistema arterial humano, con resolución subcelular.
Sin embargo, una de las mayores barreras para la adopción clínica es que desarrollar “una interfaz fluida e intuitiva” que personas de todo tipo de orígenes puedan dominar rápidamente es una tarea ardua.
En un nuevo estudio publicado el 7 de mayo en el Journal of Computational Science, los investigadores de Duke informan sobre su incursión inicial en la creación de una interfaz de usuario.
Exploraron varias interfaces que van desde pantallas de escritorio estándar hasta experiencias inmersivas de realidad virtual y descubrieron que, si bien los usuarios pueden sentirse cómodos usando un mouse y un teclado estándar, algunas interfaces más futuristas podrían ser la clave para una adopción generalizada.
"HARVEY actualmente requiere conocimientos de codificación C e interfaces de línea de comandos, lo que realmente limita quién puede usar el programa", dijo Amanda Randles, Alfred Winborne y Victoria Stover Mordecai, profesor asistente de ciencias biomédicas en Duke.
“Este artículo presenta una interfaz gráfica de usuario que hemos desarrollado llamada Harvis, para que cualquiera pueda usar Harvey, ya sean cirujanos que intentan encontrar la mejor ubicación para un stent o investigadores biomédicos que intentan diseñar un nuevo tipo de stent. "
Randles ha estado desarrollando el código HARVEY durante casi una década, habiendo comenzado el trabajo como estudiante de doctorado en el grupo de investigación de Efthimios Kaxiras, profesor John Hasbrouck Van Vleck de Física Pura y Aplicada en la Universidad de Harvard.
Durante ese tiempo, ha demostrado que HARVEY puede modelar con precisión el flujo sanguíneo a través de aortas específicas del paciente y otras geometrías vasculares en escalas más largas. También ha demostrado que el programa puede modelar flujos sanguíneos en 3D a escala del cuerpo humano completo.
Al poner a HARVEY a trabajar, Randles ha ayudado a los investigadores a comprender el tratamiento con stent de los aneurismas cerebrales y el crecimiento de los aneurismas. Ha creado una forma rápida y no invasiva de detectar enfermedades arteriales periféricas y comprender mejor cómo las células cancerosas circulantes se adhieren a diferentes tejidos.
Con un progreso constante en las capacidades computacionales del código y una utilidad demostrada en aplicaciones del mundo real, Randles ahora está trabajando para asegurarse de que otros puedan hacer el mejor uso de sus capacidades.
"Dado que las enfermedades cardiovasculares siguen siendo la principal causa de muerte en los EE. UU., la capacidad de mejorar la planificación y los resultados del tratamiento sigue siendo un desafío importante", afirmó Randles. “Con la madurez y disponibilidad de los dispositivos VR/AR, necesitamos comprender el papel que pueden desempeñar estas tecnologías en la interacción con dichos datos. Esta investigación es un paso muy necesario para desarrollar software futuro para combatir las enfermedades cardiovasculares”.
En el nuevo estudio, Randles y sus colegas de ingeniería biomédica, el investigador asociado Harvey Shi y el estudiante graduado Jeff Ames, pusieron a prueba la interfaz Harvis que han estado desarrollando.
Pidieron a estudiantes de medicina e investigadores biomédicos que simularan tres situaciones diferentes: colocar un conducto entre dos vasos sanguíneos, expandir o reducir el tamaño de un vaso sanguíneo o colocar un stent dentro de un vaso sanguíneo.
Los usuarios de prueba intentaron estas tareas utilizando un mouse estándar y una pantalla de computadora, un dispositivo de realidad virtual semiinmersivo “Z-space” o una experiencia de realidad virtual totalmente inmersiva con un dispositivo de visualización HTC Vive.
Los resultados muestran que los estudiantes e investigadores pudieron utilizar la interfaz estándar de ratón y teclado y la interfaz de realidad virtual totalmente inmersiva igualmente bien en la mayoría de los casos, tanto cuantitativa como cualitativamente. Sin embargo, la pantalla semi-inmersiva, básicamente una herramienta de señalización especial combinada con un monitor y gafas 3D, quedó detrás de los otros dos dispositivos, ya que los usuarios tuvieron algunos problemas para adaptarse a la configuración y los controles únicos del hardware.
El estudio también presenta una arquitectura de diseño generalizable para otros flujos de trabajo simulados, presentando una descripción detallada de la justificación del diseño de Harvis, que puede extenderse a plataformas similares.
Si bien el estudio no encontró diferencias importantes entre las interfaces más y menos inmersivas en términos de calidad y eficiencia, Randles sí notó una diferencia importante entre las reacciones de los usuarios al equipo.
"La gente disfrutó más de la interfaz 3D", dijo Randles. “Y si lo disfrutaron más, es más probable que lo utilicen. También podría ser una manera divertida y emocionante de involucrar a los estudiantes en clases sobre el sistema vascular y la hemodinámica”.
Randles dice que planea realizar experimentos para ver si su interfaz de flujo sanguíneo 3D puede ayudar a los estudiantes de medicina a retener conocimientos importantes mejor que los estándares actuales.
En el futuro, herramientas como esta podrían ayudar con la planificación del tratamiento, como la colocación de stents, utilizando una interfaz de realidad virtual más intuitiva. Randles también espera que este tipo de herramientas faciliten la investigación biomédica en el espacio del flujo personalizado.
CITA: “Harvis: una herramienta interactiva de realidad virtual para simulación y modificación hemodinámica”, Harvey Shi, Jeff Ames, Amanda Randles. Revista de Comp. Ciencia, 2020. DOI: 10.1016/j.jocs.2020.101091
(c) Escuela de Ingeniería Duke Pratt
Fuente del artículo original: WRAL TechWire