Duke-tutkijat: Virtuaalitodellisuus voisi parantaa sydän- ja verisuonihoitoja (+ katso video)
Julkaisupäivä:DURHAM – Kuvittele potilaan spesifisen verisuoniston simuloimista ennustaaksesi tarkasti, kuinka päätökset, kuten stentin sijoittaminen, voivat muuttaa verenkiertoa ja vaikuttaa leikkaustuloksiin.
Sitä Duke-yliopiston biolääketieteen insinöörit kehittävät – massiivinen verenvirtauksen simulointityökalu nimeltä "HARVEY" - joka voi mallintaa veren virtausta koko ihmisen valtimojärjestelmässä solunvälisellä resoluutiolla.
Yksi kliinisen käyttöönoton suurimmista esteistä on kuitenkin "sujuvan, intuitiivisen käyttöliittymän" kehittäminen, jonka kaikentyyppiset taustat voivat nopeasti hallita, on pitkä tehtävä.
Uudessa tutkimuksessa, joka julkaistiin 7. toukokuuta Journal of Computational Science -lehdessä, Duke-tutkijat raportoivat ensimmäisestä tutkimuksestaan käyttöliittymän luomiseksi.
He tutkivat erilaisia käyttöliittymiä tavallisista työpöytänäytöistä mukaansatempaaviin virtuaalitodellisuuskokemuksiin ja havaitsivat, että vaikka käyttäjät saattavat olla mukava käyttää tavallista hiirtä ja näppäimistöä, jotkut futuristisemmat käyttöliittymät saattavat olla avain yleiseen käyttöön.
"HARVEY vaatii tällä hetkellä C-koodauksen ja komentoriviliitäntöjen tuntemusta, mikä todella rajoittaa ohjelman käyttöä", sanoi. Amanda Randles, Alfred Winborne ja Victoria Stover Mordecai Duken biolääketieteen apulaisprofessori.
"Tämä artikkeli esittelee kehittämämme graafisen käyttöliittymän nimeltä Harvis, jotta kuka tahansa voi käyttää Harveyta, olivatpa he sitten kirurgit, jotka yrittävät selvittää parhaan paikan stentille, tai biolääketieteen tutkijat, jotka yrittävät suunnitella uudentyyppistä stenttiä kokonaan. ”
Randles on kehittänyt HARVEY-koodia lähes vuosikymmenen ajan aloittaen työnsä tohtoriopiskelijana Harvardin yliopiston puhtaan ja sovelletun fysiikan professorin John Hasbrouck Van Vleckin Efthimios Kaxirasin tutkimusryhmässä.
Tänä aikana hän on osoittanut, että HARVEY voi tarkasti mallintaa verenvirtausta potilaskohtaisten aorttojen ja muiden verisuonien geometrioiden läpi pidemmällä mittakaavalla. Hän on myös osoittanut, että ohjelma voi mallintaa 3D-verivirtoja koko ihmiskehon mittakaavassa.
Laittamalla HARVEYn töihin Randles on auttanut tutkijoita ymmärtämään aivojen aneurysmien stenttihoitoa ja aneurysmien kasvua. Hän on luonut nopean, ei-invasiivisen tavan tarkistaa ääreisvaltimotaudit ja ymmärtää paremmin, kuinka kiertävät syöpäsolut kiinnittyvät eri kudoksiin.
Koodin laskennallisten kykyjen jatkuvan edistymisen ja sen hyödyllisyyden todellisissa sovelluksissa osoittaessa Randles pyrkii nyt varmistamaan, että muut voivat hyödyntää sen kykyjä parhaalla mahdollisella tavalla.
"Koska sydän- ja verisuonisairaudet ovat edelleen suurin kuolinsyy Yhdysvalloissa, hoidon suunnittelun ja tulosten parantaminen on edelleen merkittävä haaste", Randles sanoi. "VR/AR-laitteiden kypsyyden ja saatavuuden vuoksi meidän on ymmärrettävä, mikä rooli näillä teknologioilla voi olla vuorovaikutuksessa tällaisten tietojen kanssa. Tämä tutkimus on kipeästi kaivattu askel kehitettäessä tulevaisuuden ohjelmistoja sydän- ja verisuonitautien torjuntaan.
Uudessa tutkimuksessa Randles ja hänen biolääketieteen insinöörikollegansa, tutkija Harvey Shi ja jatko-opiskelija Jeff Ames testasivat kehittämänsä Harvis-käyttöliittymän.
He pyysivät lääketieteen opiskelijoita ja biolääketieteen tutkijoita simuloimaan kolmea eri tilannetta - putken sijoittamista kahden verisuonen väliin, verisuonen laajentamista tai kutistamista tai stentin sijoittamista verisuonen sisään.
Testikäyttäjät kokeilivat näitä tehtäviä käyttämällä joko tavallista hiirtä ja tietokoneen näyttöä, "Z-space" puolikierrettävää virtuaalitodellisuuslaitetta tai täysin mukaansatempaavaa virtuaalitodellisuuskokemusta HTC Vive -näyttölaitteella.
Tulokset osoittavat, että opiskelijat ja tutkijat pystyivät käyttämään vakiohiiri- ja näppäimistöliitäntää sekä täysin immersiivistä VR-käyttöliittymää yhtä hyvin useimmissa tapauksissa sekä määrällisesti että laadullisesti. Puolikierrettävä näyttö, pohjimmiltaan erityinen osoitintyökalu yhdistettynä näyttöön ja 3D-laseihin, sijoittui kuitenkin kahden muun laitteen taakse, koska käyttäjillä oli joitain ongelmia sopeutua ainutlaatuiseen laitteistoon ja säätimiin.
Tutkimus esittelee myös yleistettävän suunnitteluarkkitehtuurin muille simuloiduille työnkuluille, jossa esitetään yksityiskohtainen kuvaus Harvisin suunnittelun perusteista, ja se voidaan laajentaa samankaltaisille alustoille.
Vaikka tutkimuksessa ei löydetty suuria eroja kaikkein ja vähiten mukaansatempaavien rajapintojen välillä laadun ja tehokkuuden suhteen, Randles havaitsi merkittävän eron käyttäjien reaktioissa laitteistoon.
"Ihmiset nauttivat 3D-käyttöliittymästä enemmän", sanoi Randles. "Ja jos he nauttivat siitä enemmän, he todennäköisemmin käyttävät sitä. Se voisi myös olla hauska ja jännittävä tapa saada opiskelijat mukaan luokkiin, joissa käsitellään verisuonijärjestelmää ja hemodynamiikkaa."
Randles sanoo aikovansa suorittaa kokeita nähdäkseen, voiko hänen 3D-verenkiertoliittymänsä auttaa lääketieteen opiskelijoita säilyttämään tärkeät tiedot nykyistä paremmin.
Tulevaisuudessa tällaiset työkalut voivat auttaa hoidon suunnittelussa, kuten stenttien sijoittelussa, käyttämällä intuitiivisempaa virtuaalitodellisuusliittymää. Randles odottaa myös tämäntyyppisten työkalujen helpottavan biolääketieteellistä tutkimusta henkilökohtaisessa virtaustilassa.
SITE: "Harvis: Interaktiivinen virtuaalitodellisuustyökalu hemodynaamiseen modifiointiin ja simulointiin", Harvey Shi, Jeff Ames, Amanda Randles. Journal of Comp. Sci., 2020. DOI: 10.1016/j.jocs.2020.101091
(c) Duke Pratt School of Engineering
Alkuperäinen artikkelin lähde: WRAL TechWire