Duke 연구원: 가상 현실이 심혈관 중재를 개선할 수 있음(+ 비디오 보기)

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더럼 – 스텐트 배치와 같은 결정이 혈류를 변경하고 수술 결과에 어떤 영향을 미칠 수 있는지 정확하게 예측하기 위해 환자의 특정 혈관 구조를 시뮬레이션한다고 상상해 보십시오.

이것이 바로 듀크 대학의 생체의학 엔지니어들이 개발하고 있는 것입니다. "HARVEY"라고 불리는 대규모 혈류 시뮬레이션 도구는 세포 이하 해상도에서 전체 인간 동맥 시스템을 통한 혈류를 모델링할 수 있습니다.

그러나 임상 채택의 가장 큰 장애물 중 하나는 모든 유형의 배경을 가진 사람들이 빠르게 익힐 수 있는 "부드럽고 직관적인 인터페이스"를 개발하는 것이 어려운 작업입니다.

5월 7일 Journal of Computational Science에 발표된 새로운 연구에서 Duke 연구원들은 사용자 인터페이스 생성에 대한 초기 시도에 대해 보고합니다.

그들은 표준 데스크톱 디스플레이부터 몰입형 가상 현실 경험에 이르기까지 다양한 인터페이스를 탐색한 결과 사용자가 표준 마우스와 키보드를 사용하는 것이 편안할 수 있지만 일부 미래 지향적인 인터페이스가 널리 채택되는 열쇠를 쥐고 있을 수 있다는 사실을 발견했습니다.

"HARVEY는 현재 C 코딩 및 명령줄 인터페이스에 대한 지식이 필요하므로 프로그램을 사용할 수 있는 사람이 실제로 제한됩니다."라고 말했습니다. 아만다 랜들스, Duke의 생명과학부 Alfred Winborne 및 Victoria Stover Mordecai 조교수.

“이 논문에서는 우리가 개발한 Harvis라는 그래픽 사용자 인터페이스를 소개합니다. 이를 통해 스텐트의 최적 배치를 찾으려는 외과의사이든 새로운 유형의 스텐트를 설계하려는 생의학 연구원이든 누구나 Harvey를 사용할 수 있습니다. ”

Randles는 Harvard University의 순수 및 응용 물리학과 John Hasbrouck Van Vleck 교수인 Efthimios Kaxiras 연구 그룹의 박사 과정 학생으로 작업을 시작한 후 거의 10년 동안 HARVEY 코드를 개발해 왔습니다.

그 기간 동안 그녀는 HARVEY가 환자별 대동맥 및 기타 혈관 구조를 통해 혈류를 더 긴 규모로 정확하게 모델링할 수 있음을 입증했습니다. 그녀는 또한 이 프로그램이 인체 전체의 규모에 따라 3D 혈액 흐름을 모델링할 수 있음을 보여주었습니다.

HARVEY를 활용하여 Randles는 연구자들이 뇌동맥류의 스텐트 치료와 동맥류의 성장을 이해하는 데 도움을 주었습니다. 그녀는 말초 동맥 질환을 확인하고 순환하는 암세포가 다른 조직에 어떻게 부착하는지 더 잘 이해할 수 있는 빠르고 비침습적인 방법을 만들었습니다.

코드의 계산 능력이 꾸준히 발전하고 실제 응용 프로그램에서 입증된 유용성을 통해 Randles는 이제 다른 사람들이 코드의 능력을 최대한 활용할 수 있도록 노력하고 있습니다.

Randles 박사는 “심혈관계 질환이 미국에서 계속해서 사망 원인 1위를 차지하고 있기 때문에 치료 계획과 결과를 개선하는 능력은 여전히 중요한 과제로 남아 있습니다.”라고 말했습니다. “VR/AR 장치의 성숙도와 가용성으로 인해 우리는 이러한 기술이 그러한 데이터와의 상호 작용에서 수행할 수 있는 역할을 이해해야 합니다. 이 연구는 심혈관 질환을 퇴치하기 위한 미래 소프트웨어를 개발하는 데 꼭 필요한 단계입니다.”

새로운 연구에서 Randles와 그녀의 생의학 공학 동료, 연구 동료 Harvey Shi 및 대학원생 Jeff Ames는 자신들이 개발해 온 Harvis 인터페이스를 테스트했습니다.

그들은 의대생과 생의학 연구자들에게 두 혈관 사이에 도관을 배치하거나, 혈관 크기를 확장 또는 축소하거나, 혈관 내에 스텐트를 배치하는 세 가지 상황을 시뮬레이션하도록 요청했습니다.

테스트 사용자는 표준 마우스 및 컴퓨터 화면, "Z 공간" 반 몰입형 가상 현실 장치 또는 HTC Vive 디스플레이 장치를 통한 완전 몰입형 가상 현실 경험을 사용하여 이러한 작업을 시도했습니다.

결과는 학생과 연구자가 대부분의 경우 양적, 질적으로 표준 마우스 및 키보드 인터페이스와 완전 몰입형 VR 인터페이스를 동일하게 사용할 수 있음을 보여줍니다. 기본적으로 모니터 및 3D 안경과 결합된 특수 포인팅 도구인 반 몰입형 디스플레이는 사용자가 고유한 하드웨어 설정 및 제어에 적응하는 데 몇 가지 문제가 있었기 때문에 다른 두 장치보다 뒤처졌습니다.

또한 이 연구는 유사한 플랫폼으로 확장할 수 있는 Harvis 설계의 이론적 근거에 대한 자세한 설명을 제시하면서 다른 시뮬레이션된 워크플로우에 대한 일반화 가능한 설계 아키텍처를 제시합니다.

이 연구에서는 품질과 효율성 측면에서 몰입도가 가장 높은 인터페이스와 가장 낮은 인터페이스 사이에 큰 차이가 발견되지 않았지만 Randles는 장비에 대한 사용자 반응 사이에 큰 차이가 있음을 발견했습니다.

Randles는 “사람들은 3D 인터페이스를 더 좋아했습니다.”라고 말했습니다. “그리고 그들이 그것을 더 즐긴다면 실제로 그것을 사용할 가능성이 더 높습니다. 또한 학생들이 혈관계와 혈역학에 관한 수업에 참여하도록 하는 재미있고 흥미로운 방법이 될 수 있습니다.”

Randles는 자신의 3D 혈류 인터페이스가 의대생들이 현재 표준보다 중요한 지식을 더 잘 유지하는 데 도움이 될 수 있는지 알아보기 위해 실험을 실행할 계획이라고 말했습니다.

미래에는 이와 같은 도구가 보다 직관적인 가상 현실 인터페이스를 사용하여 스텐트 배치와 같은 치료 계획을 세우는 데 도움이 될 수 있습니다. Randles는 또한 이러한 유형의 도구가 개인화된 흐름 공간에서 생물 의학 연구를 촉진할 것으로 기대합니다.

인용: "Harvis: 혈류역학 수정 및 시뮬레이션을 위한 대화형 가상 현실 도구" Harvey Shi, Jeff Ames, Amanda Randles. 저널 오브 컴퍼니(Journal of Comp.) 과학, 2020. DOI: 10.1016/j.jocs.2020.101091

(c) 듀크 프랫 공과대학

원본 기사 출처: WRAL TechWire