Ricercatori Duke: la realtà virtuale potrebbe migliorare gli interventi cardiovascolari (+ guarda il video)

Data di pubblicazione: 15 maggio 2020

DURHAM – Immagina di simulare il sistema vascolare specifico di un paziente per prevedere con precisione in che modo decisioni, come il posizionamento dello stent, possono alterare il flusso sanguigno e influenzare i risultati chirurgici.

Questo è ciò che stanno sviluppando gli ingegneri biomedici della Duke University – un enorme strumento di simulazione del flusso sanguigno chiamato “HARVEY” – in grado di modellare il flusso sanguigno attraverso l'intero sistema arterioso umano, con risoluzione subcellulare.

Tuttavia, uno dei maggiori ostacoli all’adozione clinica è lo sviluppo di “un’interfaccia fluida e intuitiva” che persone provenienti da tutti i tipi di background possano padroneggiare rapidamente, un compito arduo.

In un nuovo studio pubblicato il 7 maggio sul Journal of Computational Science, i ricercatori della Duke riferiscono della loro incursione iniziale nella creazione di un'interfaccia utente.

Hanno esplorato varie interfacce che vanno dai display desktop standard alle esperienze di realtà virtuale immersive e hanno scoperto che, mentre gli utenti potrebbero sentirsi a proprio agio nell’utilizzare un mouse e una tastiera standard, alcune interfacce più futuristiche potrebbero contenere la chiave per un’adozione diffusa.

"HARVEY attualmente richiede la conoscenza della codifica C e delle interfacce a riga di comando, il che limita davvero chi può utilizzare il programma", ha affermato Amanda Randles, Alfred Winborne e Victoria Stover Mordecai Professore assistente di scienze biomediche alla Duke.

“Questo documento introduce un'interfaccia utente grafica che abbiamo sviluppato chiamata Harvis, in modo che chiunque possa utilizzare Harvey, siano essi chirurghi che cercano di capire il posizionamento migliore per uno stent o ricercatori biomedici che cercano di progettare un nuovo tipo di stent. "

Randles ha sviluppato il codice HARVEY per quasi un decennio, avendo iniziato il lavoro come studente di dottorato nel gruppo di ricerca di Efthimios Kaxiras, il professore di fisica pura e applicata John Hasbrouck Van Vleck presso l'Università di Harvard.

In quel periodo, ha dimostrato che HARVEY può modellare accuratamente il flusso sanguigno attraverso aorte specifiche del paziente e altre geometrie vascolari su scale più lunghe. Ha anche dimostrato che il programma può modellare i flussi sanguigni in 3D sulla scala dell'intero corpo umano.

Mettendo HARVEY al lavoro, Randles ha aiutato i ricercatori a comprendere il trattamento con stent degli aneurismi cerebrali e la crescita degli aneurismi. Ha creato un modo rapido e non invasivo per verificare la presenza di malattia arteriosa periferica e per comprendere meglio come le cellule tumorali circolanti aderiscono ai diversi tessuti.

Con i costanti progressi nelle capacità computazionali del codice e la dimostrata utilità nelle applicazioni del mondo reale, Randles sta ora lavorando per assicurarsi che altri possano sfruttare al meglio le sue capacità.

"Poiché le malattie cardiovascolari continuano a essere la prima causa di morte negli Stati Uniti, la capacità di migliorare la pianificazione del trattamento e i risultati rimane una sfida significativa", ha affermato Randles. “Con la maturità e la disponibilità dei dispositivi VR/AR, dobbiamo comprendere il ruolo che queste tecnologie possono svolgere nell’interazione con tali dati. Questa ricerca è un passo assolutamente necessario per lo sviluppo di futuri software per combattere le malattie cardiovascolari”.

Nel nuovo studio, Randles e i suoi colleghi di ingegneria biomedica, il ricercatore associato Harvey Shi e lo studente laureato Jeff Ames, hanno messo alla prova l'interfaccia Harvis che hanno sviluppato.

Hanno chiesto a studenti di medicina e ricercatori biomedici di simulare tre diverse situazioni: posizionare un condotto tra due vasi sanguigni, espandere o ridurre le dimensioni di un vaso sanguigno o posizionare uno stent all’interno di un vaso sanguigno.

Gli utenti del test hanno tentato queste attività utilizzando un mouse standard e lo schermo di un computer, un dispositivo di realtà virtuale semi-immersivo "Z-space" o un'esperienza di realtà virtuale completamente immersiva con un dispositivo di visualizzazione HTC Vive.

I risultati mostrano che gli studenti e i ricercatori potrebbero utilizzare ugualmente bene l’interfaccia standard di mouse e tastiera e l’interfaccia VR completamente immersiva nella maggior parte dei casi sia quantitativamente che qualitativamente. Il display semi-immersivo, fondamentalmente uno speciale strumento di puntamento combinato con un monitor e occhiali 3D, tuttavia, si è classificato dietro agli altri due dispositivi, poiché gli utenti hanno avuto alcuni problemi ad adattarsi alla configurazione e ai controlli hardware unici.

Lo studio presenta inoltre un'architettura di progettazione generalizzabile per altri flussi di lavoro simulati, delineando una descrizione dettagliata della logica alla base della progettazione di Harvis, che può essere estesa a piattaforme simili.

Sebbene lo studio non abbia riscontrato differenze sostanziali tra le interfacce più e meno coinvolgenti in termini di qualità ed efficienza, Randles ha notato una differenza sostanziale tra le reazioni degli utenti all'apparecchiatura.

"Le persone hanno apprezzato di più l'interfaccia 3D", ha affermato Randles. “E se si sono divertiti di più, è più probabile che lo utilizzino effettivamente. Potrebbe anche essere un modo divertente ed entusiasmante per coinvolgere gli studenti in lezioni sul sistema vascolare e sull’emodinamica”.

Randles afferma di voler eseguire esperimenti per vedere se la sua interfaccia 3D del flusso sanguigno può aiutare gli studenti di medicina a conservare conoscenze importanti meglio degli standard attuali.

In futuro, strumenti come questo potrebbero aiutare nella pianificazione del trattamento come il posizionamento di stent utilizzando un’interfaccia di realtà virtuale più intuitiva. Randles prevede inoltre che questi tipi di strumenti faciliteranno la ricerca biomedica nello spazio di flusso personalizzato.

CITAZIONE: "Harvis: uno strumento interattivo di realtà virtuale per la modifica e la simulazione emodinamica", Harvey Shi, Jeff Ames, Amanda Randles. Giornale del comp. Sci., 2020. DOI: 10.1016/j.jocs.2020.101091

(c) Scuola di Ingegneria Duke Pratt

Fonte articolo originale: WRAL TechWire