Chercheurs Duke : la réalité virtuelle pourrait améliorer les interventions cardiovasculaires (+ regarder la vidéo)
Date publiée:DURHAM – Imaginez simuler le système vasculaire spécifique d'un patient pour prédire avec précision comment des décisions, telles que la pose d'un stent, peuvent modifier le flux sanguin et affecter les résultats chirurgicaux.
C'est ce que développent les ingénieurs biomédicaux de l'Université Duke – un outil massif de simulation du flux sanguin appelé « HARVEY » – qui peut modéliser le flux sanguin à travers l'ensemble du système artériel humain, à une résolution subcellulaire.
Cependant, l’un des plus grands obstacles à l’adoption clinique est le développement d’une « interface fluide et intuitive » que des personnes de tous types d’horizons peuvent rapidement maîtriser. Il s’agit d’une tâche ardue.
Dans une nouvelle étude publiée le 7 mai dans le Journal of Computational Science, les chercheurs de Duke rendent compte de leur première incursion dans la création d'une interface utilisateur.
Ils ont exploré diverses interfaces allant des écrans de bureau standard aux expériences de réalité virtuelle immersives et ont découvert que, même si les utilisateurs peuvent être à l'aise avec une souris et un clavier standard, certaines interfaces plus futuristes pourraient détenir la clé d'une adoption généralisée.
"HARVEY nécessite actuellement une connaissance du codage C et des interfaces de ligne de commande, ce qui limite vraiment le nombre de personnes pouvant utiliser le programme", a déclaré Amanda Randles, professeur adjoint Alfred Winborne et Victoria Stover Mordecai de sciences biomédicales à Duke.
« Cet article présente une interface utilisateur graphique que nous avons développée, appelée Harvis, afin que n'importe qui puisse utiliser Harvey, qu'il s'agisse de chirurgiens essayant de déterminer le meilleur emplacement pour un stent ou de chercheurs biomédicaux essayant de concevoir un nouveau type de stent. »
Randles développe le code HARVEY depuis près d'une décennie, après avoir commencé ses travaux en tant que doctorant dans le groupe de recherche d'Efthimios Kaxiras, professeur John Hasbrouck Van Vleck de physique pure et appliquée à l'Université Harvard.
Au cours de cette période, elle a démontré qu'HARVEY pouvait modéliser avec précision le flux sanguin à travers les aortes spécifiques d'un patient et d'autres géométries vasculaires à des échelles plus longues. Elle a également montré que le programme pouvait modéliser les flux sanguins en 3D à l'échelle du corps humain dans son ensemble.
En mettant HARVEY au travail, Randles a aidé les chercheurs à comprendre le traitement par stent des anévrismes cérébraux et la croissance des anévrismes. Elle a créé un moyen rapide et non invasif de détecter les maladies artérielles périphériques et de mieux comprendre comment les cellules cancéreuses en circulation adhèrent aux différents tissus.
Avec des progrès constants dans les capacités de calcul du code et une utilité démontrée dans des applications réelles, Randles s'efforce désormais de garantir que d'autres puissent utiliser au mieux ses capacités.
« Alors que les maladies cardiovasculaires continuent d'être la première cause de décès aux États-Unis, la capacité à améliorer la planification et les résultats du traitement reste un défi important », a déclaré Randles. « Avec la maturité et la disponibilité des appareils VR/AR, nous devons comprendre le rôle que ces technologies peuvent jouer dans l'interaction avec ces données. Cette recherche constitue une étape indispensable pour développer de futurs logiciels de lutte contre les maladies cardiovasculaires.
Dans la nouvelle étude, Randles et ses collègues en génie biomédical, l'associé de recherche Harvey Shi et l'étudiant diplômé Jeff Ames, ont mis à l'épreuve l'interface Harvis qu'ils ont développée.
Ils ont demandé à des étudiants en médecine et à des chercheurs biomédicaux de simuler trois situations différentes : placer un conduit entre deux vaisseaux sanguins, agrandir ou réduire la taille d'un vaisseau sanguin, ou placer un stent dans un vaisseau sanguin.
Les utilisateurs du test ont tenté ces tâches en utilisant soit une souris et un écran d'ordinateur standard, un appareil de réalité virtuelle semi-immersive « Z-space », ou une expérience de réalité virtuelle totalement immersive avec un appareil d'affichage HTC Vive.
Les résultats montrent que les étudiants et les chercheurs pourraient utiliser l’interface standard de la souris et du clavier ainsi que l’interface VR entièrement immersive dans la majorité des cas, tant quantitativement que qualitativement. L'écran semi-immersif, essentiellement un outil de pointage spécial combiné à un moniteur et des lunettes 3D, se classe cependant derrière les deux autres appareils, car les utilisateurs ont eu quelques difficultés à s'adapter à la configuration matérielle et aux commandes uniques.
L'étude présente également une architecture de conception généralisable pour d'autres flux de travail simulés, présentant une description détaillée de la justification de la conception de Harvis, qui peut être étendue à des plates-formes similaires.
Si l'étude n'a pas trouvé de différences majeures entre les interfaces les plus et les moins immersives en termes de qualité et d'efficacité, Randles a néanmoins remarqué une différence majeure dans les réactions des utilisateurs face à l'équipement.
"Les gens ont davantage apprécié l'interface 3D", a déclaré Randles. « Et s'ils l'apprécient davantage, ils sont plus susceptibles de l'utiliser réellement. Cela pourrait également être une manière amusante et passionnante d’impliquer les étudiants dans des cours sur le système vasculaire et l’hémodynamique.
Randles dit qu'elle prévoit de mener des expériences pour voir si son interface de flux sanguin 3D peut aider les étudiants en médecine à mieux retenir des connaissances importantes que les normes actuelles.
À l’avenir, des outils comme celui-ci pourraient faciliter la planification de traitements tels que le placement de stents à l’aide d’une interface de réalité virtuelle plus intuitive. Randles s'attend également à ce que ces types d'outils facilitent la recherche biomédicale dans l'espace de flux personnalisé.
CITATION : «Harvis : un outil interactif de réalité virtuelle pour la modification et la simulation hémodynamiques», Harvey Shi, Jeff Ames, Amanda Randles. Journal de Comp. Sci., 2020. DOI : 10.1016/j.jocs.2020.101091
(c) École d'ingénierie Duke Pratt
Source originale de l’article : WRAL TechWire