Badacze Duke: wirtualna rzeczywistość może usprawnić interwencje sercowo-naczyniowe (+ obejrzyj wideo)
Data opublikowania:DUHAM – Wyobraź sobie symulację konkretnego układu naczyniowego pacjenta, aby dokładnie przewidzieć, w jaki sposób decyzje, takie jak umieszczenie stentu, mogą zmienić przepływ krwi i wpłynąć na wyniki operacji.
Właśnie to opracowują inżynierowie biomedyczni z Duke University – narzędzie do symulacji ogromnego przepływu krwi o nazwie „HARVEY” – które może modelować przepływ krwi przez cały układ tętniczy człowieka z rozdzielczością subkomórkową.
Jednak jedną z największych barier na drodze do wdrożenia klinicznego jest opracowanie „płynnego, intuicyjnego interfejsu”, który osoby ze wszystkich środowisk mogą szybko opanować, jest trudnym zadaniem.
W nowym badaniu opublikowanym 7 maja w czasopiśmie Journal of Computational Science badacze z Duke relacjonują swoje pierwsze próby stworzenia interfejsu użytkownika.
Zbadali różne interfejsy, od standardowych wyświetlaczy stacjonarnych po wciągające doświadczenia wirtualnej rzeczywistości i odkryli, że chociaż użytkownicy mogą swobodnie korzystać ze standardowej myszy i klawiatury, kluczem do powszechnego przyjęcia mogą być bardziej futurystyczne interfejsy.
„HARVEY wymaga obecnie znajomości kodowania C i interfejsów wiersza poleceń, co naprawdę ogranicza możliwości korzystania z programu” – powiedział Amandę Randles, Alfred Winborne i Victoria Stover Mordecai adiunkt nauk biomedycznych na Uniwersytecie Duke.
„W tym artykule przedstawiono opracowany przez nas graficzny interfejs użytkownika o nazwie Harvis, dzięki któremu każdy może korzystać z Harveya, niezależnie od tego, czy jest to chirurg, który próbuje znaleźć najlepsze miejsce dla stentu, czy badacze biomedyczni próbujący zaprojektować zupełnie nowy typ stentu. ”
Randles rozwija kod HARVEYA od prawie dziesięciu lat, rozpoczynając pracę jako doktorant w grupie badawczej Efthimiosa Kaxirasa, profesora fizyki czystej i stosowanej Johna Hasbroucka Van Vlecka na Uniwersytecie Harvarda.
W tym czasie wykazała, że HARVEY może dokładnie modelować przepływ krwi przez aorty specyficzne dla pacjenta i inne geometrie naczyń w dłuższej skali. Pokazała także, że program może modelować trójwymiarowe przepływy krwi w skali całego ludzkiego ciała.
Wykorzystując HARVEYA, Randles pomógł naukowcom zrozumieć leczenie tętniaków mózgu za pomocą stentów i rozwój tętniaków. Stworzyła szybki, nieinwazyjny sposób sprawdzania choroby tętnic obwodowych i lepszego zrozumienia, w jaki sposób krążące komórki nowotworowe przylegają do różnych tkanek.
Dzięki stałemu postępowi w zakresie możliwości obliczeniowych kodu i wykazanej przydatności w zastosowaniach w świecie rzeczywistym Randles pracuje obecnie nad tym, aby inni mogli jak najlepiej wykorzystać jego możliwości.
„Ponieważ choroby układu krążenia nadal są główną przyczyną zgonów w USA, możliwość poprawy planowania leczenia i jego wyników pozostaje poważnym wyzwaniem” – stwierdził Randles. „Wraz z dojrzałością i dostępnością urządzeń VR/AR musimy zrozumieć rolę, jaką te technologie mogą odgrywać w interakcji z takimi danymi. Badania te są bardzo potrzebnym krokiem w kierunku opracowania przyszłego oprogramowania do walki z chorobami układu krążenia”.
W nowym badaniu Randles i jej koledzy z inżynierii biomedycznej, pracownik naukowy Harvey Shi i student Jeff Ames poddali testowi opracowany przez siebie interfejs Harvis.
Poprosili studentów medycyny i badaczy biomedycznych o symulację trzech różnych sytuacji — umieszczenia przewodu między dwoma naczyniami krwionośnymi, rozszerzenia lub zmniejszenia rozmiaru naczynia krwionośnego lub umieszczenia stentu w naczyniu krwionośnym.
Użytkownicy testowi próbowali wykonać te zadania, używając standardowej myszy i ekranu komputera, półimmersyjnego urządzenia rzeczywistości wirtualnej „Z-space” lub w pełni immersyjnej rzeczywistości wirtualnej za pomocą urządzenia wyświetlającego HTC Vive.
Wyniki pokazują, że w większości przypadków studenci i badacze mogli równie dobrze korzystać ze standardowego interfejsu myszy i klawiatury oraz w pełni wciągającego interfejsu VR, zarówno pod względem ilościowym, jak i jakościowym. Pół-immersyjny wyświetlacz, będący w zasadzie specjalnym narzędziem wskazującym w połączeniu z monitorem i okularami 3D, wypadł jednak w tyle za pozostałymi dwoma urządzeniami, ponieważ użytkownicy mieli pewne problemy z przystosowaniem się do unikalnej konfiguracji sprzętowej i sterowania.
W badaniu przedstawiono także możliwą do uogólnienia architekturę projektową dla innych symulowanych przepływów pracy, przedstawiając szczegółowy opis uzasadnienia projektu Harvis, który można rozszerzyć na podobne platformy.
Chociaż badanie nie wykazało żadnych większych różnic pomiędzy najbardziej i najmniej immersyjnymi interfejsami pod względem jakości i wydajności, Randles zauważył zasadniczą różnicę w reakcjach użytkowników na sprzęt.
„Ludzie bardziej podobał się interfejs 3D” – powiedział Randles. „A jeśli im się to bardziej podobało, jest większe prawdopodobieństwo, że faktycznie z tego skorzystają. Może to być także zabawny i ekscytujący sposób na zaangażowanie uczniów w zajęcia dotyczące układu naczyniowego i hemodynamiki”.
Randles twierdzi, że planuje przeprowadzić eksperymenty, aby sprawdzić, czy jej trójwymiarowy interfejs przepływu krwi może pomóc studentom medycyny zachować ważną wiedzę lepiej niż obecne standardy.
W przyszłości tego typu narzędzia mogą pomóc w planowaniu leczenia, np. umieszczaniu stentów, przy użyciu bardziej intuicyjnego interfejsu rzeczywistości wirtualnej. Randles spodziewa się również, że tego typu narzędzia ułatwią badania biomedyczne w spersonalizowanej przestrzeni przepływu.
CYTAT: „Harvis: interaktywne narzędzie wirtualnej rzeczywistości do modyfikacji i symulacji hemodynamicznej”, Harvey Shi, Jeff Ames, Amanda Randles. Dziennik komp. Sci., 2020. DOI: 10.1016/j.jocs.2020.101091
(c) Szkoła Inżynierska Duke'a Pratta
Oryginalne źródło artykułu: WRALTechWire