杜克大學研究人員：虛擬實境可以改善心血管介入（+觀看影片）
發布日期：達勒姆 – 想像模擬病患的特定脈管系統，以準確預測支架置入等決策如何改變血流並影響手術結果。
這就是杜克大學的生物醫學工程師正在開發的一種名為「HARVEY」的大型血流模擬工具，它可以以亞細胞分辨率模擬整個人體動脈系統的血流。
然而，臨床採用的最大障礙之一是開發“一個流暢、直觀的介面”，讓來自各種背景的人都能快速掌握，這是一項艱鉅的任務。
在 5 月 7 日《計算科學雜誌》上發表的一項新研究中，杜克大學的研究人員報告了他們首次嘗試建立使用者介面。
他們探索了從標準桌面顯示器到沉浸式虛擬實境體驗的各種介面，發現雖然使用者可能會習慣使用標準滑鼠和鍵盤，但一些更具未來感的介面可能是廣泛採用的關鍵。
「HARVEY 目前需要 C 編碼和命令列介面知識，這確實限制了誰可以使用該程序，」說 阿曼達·蘭德斯杜克大學生物醫學科學助理教授阿爾弗雷德‧溫伯恩 (Alfred Winborne) 和維多利亞‧斯托弗‧莫迪凱 (Victoria Stover Mordecai)。
“本文介紹了我們開發的名為 Harvis 的圖形用戶界面，以便任何人都可以使用 Harvey，無論他們是試圖找出支架最佳放置位置的外科醫生，還是試圖設計新型支架的生物醫學研究人員。 ”
Randles 開發 HARVEY 程式碼已有近十年的時間，他作為哈佛大學純粹與應用物理學教授 Efthimios Kaxiras 的研究小組的博士生開始了這項工作。
在那段時間，她證明了 HARVEY 可以在更大的尺度上準確地模擬流經患者特定主動脈和其他血管幾何形狀的血流。她還展示了該程式可以對整個人體的 3D 血流進行建模。
蘭德斯將哈維投入工作，幫助研究人員了解腦動脈瘤的支架治療和動脈瘤的生長。她創造了一種快速、非侵入性的方法來檢查週邊動脈疾病，並更好地了解循環癌細胞如何黏附到不同的組織。
隨著程式碼運算能力的穩步進步以及在實際應用中展示的實用性，Randles 現在正在努力確保其他人能夠充分利用其能力。
「由於心血管疾病仍然是美國的頭號死因，改善治療計劃和結果的能力仍然是一個重大挑戰，」蘭德斯說。 「隨著 VR/AR 設備的成熟和可用性，我們需要了解這些技術在與此類數據互動中可以發揮的作用。這項研究是開發未來對抗心血管疾病的軟體所急需的一步。”
在這項新研究中，Randles 和她的生物醫學工程同事、助理研究員 Harvey Shi 和研究生 Jeff Ames 對他們一直在開發的 Harvis 介面進行了測試。
他們要求醫學生和生物醫學研究人員模擬三種不同的情況——在兩條血管之間放置導管、擴大或縮小血管的尺寸，或在血管內放置支架。
測試使用者使用標準滑鼠和電腦螢幕、「Z 空間」半沉浸式虛擬實境裝置或使用 HTC Vive 顯示裝置的完全沉浸式虛擬實境體驗來嘗試執行這些任務。
結果表明，學生和研究人員在大多數情況下都可以在數量和品質上同樣使用標準滑鼠和鍵盤介面和完全沉浸式VR介面。半沉浸式顯示器基本上是一種與顯示器和 3D 眼鏡相結合的特殊指點工具，但其排名落後於其他兩種設備，因為用戶在適應獨特的硬體設定和控制時遇到了一些問題。
該研究也提出了其他模擬工作流程的通用設計架構，詳細描述了 Harvis 的設計原理，可以擴展到類似的平台。
雖然研究沒有發現最沉浸式介面和最不沉浸式介面在品質和效率方面有任何重大差異，但蘭德斯確實注意到使用者對設備的反應之間存在重大差異。
「人們更喜歡 3D 介面，」Randles 說。 「如果他們更喜歡它，他們就更有可能真正使用它。這也可能是一種有趣且令人興奮的方式，讓學生參與有關脈管系統和血流動力學的課程。”
Randles 表示，她計劃進行實驗，看看她的 3D 血流介面是否可以幫助醫學生比目前標準更好地記住重要知識。
未來，此類工具可以幫助制定治療計劃，例如使用更直覺的虛擬實境介面放置支架。蘭德爾斯也預計這些類型的工具將促進個人化流程空間中的生物醫學研究。
引用：“Harvis：用於血流動力學修改和模擬的互動式虛擬實境工具”，Harvey Shi、Jeff Ames、Amanda Randles。比較雜誌。科學，2020。DOI：10.1016/j.jocs.2020.101091
(c) 杜克普拉特工程學院
原文來源： WRAL 技術線