חוקרי דיוק: מציאות מדומה יכולה לשפר התערבויות קרדיווסקולריות (+ צפה בסרטון)
תאריך פרסום:DURHAM - דמיינו לעצמכם הדמיה של כלי הדם הספציפיים של המטופל כדי לחזות במדויק כיצד החלטות, כגון מיקום סטנט, יכולות לשנות את זרימת הדם ולהשפיע על תוצאות הניתוח.
זה מה שהמהנדסים הביו-רפואיים באוניברסיטת דיוק מפתחים - כלי הדמיית זרימת דם מסיבית בשם "HARVEY" - שיכול לדגמן את זרימת הדם דרך מערכת העורקים האנושית המלאה, ברזולוציה תת-תאית.
עם זאת, אחד החסמים הגדולים ביותר לאימוץ קליני הוא פיתוח "ממשק חלק ואינטואיטיבי" שאנשים מכל סוגי הרקע יכולים לשלוט בו במהירות היא משימה גבוהה.
במחקר חדש שפורסם ב-7 במאי בכתב העת Journal of Computational Science, חוקרי הדוכס מדווחים על הגיחה הראשונית שלהם ליצירת ממשק משתמש.
הם בחנו ממשקים שונים, החל מצגים שולחניים סטנדרטיים ועד לחוויות מציאות מדומה סוחפות וגילו שלמרות שמשתמשים עשויים להיות נוחים להשתמש בעכבר ומקלדת סטנדרטיים, כמה ממשקים עתידניים יותר עשויים להחזיק את המפתח לאימוץ נרחב.
"HARVEY דורש כרגע ידע בקידוד C וממשקי שורת פקודה, מה שבאמת מגביל את מי שיכול להשתמש בתוכנית", אמר אמנדה רנדלס, את אלפרד ווינבורן וויקטוריה סטובר מרדכי עוזר פרופסור למדעי ביו-רפואה ב-Duke.
"המאמר הזה מציג ממשק משתמש גרפי שפיתחנו בשם Harvis, כך שכל אחד יכול להשתמש ב-Harvey, בין אם הם מנתחים המנסים למצוא את המיקום הטוב ביותר עבור סטנט או חוקרים ביו-רפואיים שמנסים לעצב סוג חדש של סטנט לחלוטין. ”
רנדלס מפתחת את קוד HARVEY במשך כמעט עשור, לאחר שהחלה את עבודתו כדוקטורנט בקבוצת המחקר של Efthimios Kaxiras, פרופסור ג'ון הסברווק ואן ולק לפיזיקה טהורה ויישומית באוניברסיטת הרווארד.
בזמן הזה, היא הוכיחה כי HARVEY יכול לדגמן במדויק את זרימת הדם דרך אבי העורקים הספציפיים למטופל וגיאומטריות כלי דם אחרות בקנה מידה ארוך יותר. היא גם הראתה שהתוכנית יכולה לדגמן זרימת דם תלת מימדית בקנה מידה של גוף האדם המלא.
כשהוא מכניס את HARVEY לעבודה, רנדלס עזר לחוקרים להבין את טיפול הסטנט של מפרצת מוחית וגדילה של מפרצת. היא יצרה דרך מהירה ולא פולשנית לבדוק מחלת עורקים היקפית ולהבין טוב יותר כיצד תאים סרטניים במחזור נצמדים לרקמות שונות.
עם התקדמות מתמדת ביכולות החישוביות של הקוד ושימושיות מוכחת ביישומים מהעולם האמיתי, רנדלס פועלת כעת לוודא שאחרים יוכלו לנצל את היכולות שלו בצורה הטובה ביותר.
"מכיוון שמחלות לב וכלי דם ממשיכות להיות גורם המוות מספר אחת בארה"ב, היכולת לשפר את תכנון הטיפול ואת התוצאות נותרה אתגר משמעותי", אמר רנדלס. "עם הבשלות והזמינות של מכשירי VR/AR, עלינו להבין את התפקיד שהטכנולוגיות הללו יכולות למלא באינטראקציה עם נתונים כאלה. המחקר הזה הוא צעד נחוץ מאוד לפיתוח תוכנה עתידית למלחמה במחלות לב וכלי דם".
במחקר החדש, רנדלס ועמיתיה להנדסה ביו-רפואית, עמית המחקר הארווי שי והסטודנט לתואר שני ג'ף איימס, העמידו במבחן את ממשק הארוויס שהם פיתחו.
הם ביקשו מסטודנטים לרפואה וחוקרים ביו-רפואיים לדמות שלושה מצבים שונים - הצבת צינור בין שני כלי דם, הרחבת או כיווץ גודלו של כלי דם, או הצבת סטנט בתוך כלי דם.
משתמשי הבדיקה ניסו את המשימות הללו באמצעות עכבר ומסך מחשב סטנדרטיים, מכשיר מציאות מדומה חצי סוחף "Z-space", או חווית מציאות מדומה סוחפת לחלוטין עם מכשיר תצוגה של HTC Vive.
התוצאות מראות שהסטודנטים והחוקרים יכלו להשתמש בממשק העכבר והמקלדת הסטנדרטיים ובממשק ה-VR הסוחף במלואו באותה מידה ברוב המקרים הן מבחינה כמותית והן מבחינה איכותית. עם זאת, התצוגה העולה למחצה, בעצם כלי הצבעה מיוחד בשילוב עם צג ומשקפי תלת מימד, דורגה מאחורי שני המכשירים האחרים, מכיוון שלמשתמשים היו כמה בעיות בהסתגלות להגדרות החומרה והבקרות הייחודיות.
המחקר גם מציג ארכיטקטורת עיצוב הניתנת להכללה עבור זרימות עבודה מדומה אחרות, תוך תיאור מפורט של הרציונל לתכנון של Harvis, שניתן להרחיב לפלטפורמות דומות.
בעוד שהמחקר לא מצא הבדלים מהותיים בין הממשקים הכי אטרקטיביים והפחות מושכים מבחינת איכות ויעילות, רנדלס הבחין בהבדל גדול בין תגובות המשתמשים לציוד.
"אנשים נהנו יותר מהממשק התלת מימדי", אמר רנדלס. "ואם הם נהנו מזה יותר, סביר יותר שהם ישתמשו בזה בפועל. זו יכולה להיות גם דרך מהנה ומרגשת לגרום לתלמידים לעסוק בשיעורים על מערכת כלי הדם והמודינמיקה".
רנדלס אומרת שהיא מתכננת להפעיל ניסויים כדי לראות אם ממשק זרימת הדם התלת-ממדית שלה יכול לעזור לסטודנטים לרפואה לשמור על ידע חשוב יותר מהסטנדרטים הנוכחיים.
בעתיד, כלים כמו זה יוכלו לסייע בתכנון טיפול כגון הצבת סטנטים באמצעות ממשק מציאות מדומה יותר אינטואיטיבי. רנדלס גם מצפה שסוגים אלה של כלים יקלו על מחקר ביו-רפואי במרחב הזרימה המותאמת אישית.
ציטוט: "הרוויס: כלי מציאות מדומה אינטראקטיבי לשינוי וסימולציה המודינמית", הארווי שי, ג'ף איימס, אמנדה רנדלס. Journal of Comp. Sci., 2020. DOI: 10.1016/j.jocs.2020.101091
(ג) בית הספר להנדסה דיוק פראט
מקור המאמר המקורי: WRAL TechWire