杜克大学研究人员：虚拟现实可以改善心血管干预（+观看视频）
发布日期：达勒姆 – 想象一下模拟患者的特定脉管系统，以准确预测支架置入等决策如何改变血流并影响手术结果。
这就是杜克大学的生物医学工程师正在开发的一种名为“HARVEY”的大型血流模拟工具，它可以以亚细胞分辨率模拟整个人体动脉系统的血流。
然而，临床采用的最大障碍之一是开发“一个流畅、直观的界面”，让来自各种背景的人都能快速掌握，这是一项艰巨的任务。
在 5 月 7 日《计算科学杂志》上发表的一项新研究中，杜克大学的研究人员报告了他们首次尝试创建用户界面。
他们探索了从标准桌面显示器到沉浸式虚拟现实体验的各种界面，发现虽然用户可能会习惯使用标准鼠标和键盘，但一些更具未来感的界面可能是广泛采用的关键。
“HARVEY 目前需要 C 编码和命令行界面知识，这确实限制了谁可以使用该程序，”说 阿曼达·兰德斯杜克大学生物医学科学助理教授阿尔弗雷德·温伯恩 (Alfred Winborne) 和维多利亚·斯托弗·莫迪凯 (Victoria Stover Mordecai)。
“本文介绍了我们开发的名为 Harvis 的图形用户界面，这样任何人都可以使用 Harvey，无论他们是试图找出支架最佳放置位置的外科医生，还是试图设计新型支架的生物医学研究人员。 ”
Randles 开发 HARVEY 代码已有近十年的时间，他作为哈佛大学纯粹与应用物理学教授 Efthimios Kaxiras 的研究小组的博士生开始了这项工作。
在那段时间，她证明了 HARVEY 可以在更大的尺度上准确地模拟流经患者特定主动脉和其他血管几何形状的血流。她还展示了该程序可以对整个人体的 3D 血流进行建模。
兰德斯将哈维投入工作，帮助研究人员了解脑动脉瘤的支架治疗和动脉瘤的生长。她创造了一种快速、无创的方法来检查外周动脉疾病，并更好地了解循环癌细胞如何粘附到不同的组织。
随着代码计算能力的稳步进步以及在实际应用中展示的实用性，Randles 现在正在努力确保其他人能够充分利用其能力。
“由于心血管疾病仍然是美国的头号死因，改善治疗计划和结果的能力仍然是一个重大挑战，”兰德斯说。 “随着 VR/AR 设备的成熟和可用性，我们需要了解这些技术在与此类数据交互中可以发挥的作用。这项研究是开发未来对抗心血管疾病的软件所急需的一步。”
在这项新研究中，Randles 和她的生物医学工程同事、助理研究员 Harvey Shi 和研究生 Jeff Ames 对他们一直在开发的 Harvis 界面进行了测试。
他们要求医学生和生物医学研究人员模拟三种不同的情况——在两条血管之间放置导管、扩大或缩小血管的尺寸，或者在血管内放置支架。
测试用户使用标准鼠标和电脑屏幕、“Z 空间”半沉浸式虚拟现实设备或使用 HTC Vive 显示设备的完全沉浸式虚拟现实体验来尝试执行这些任务。
结果表明，学生和研究人员在大多数情况下都可以在数量和质量上同样使用标准鼠标和键盘界面和完全沉浸式VR界面。半沉浸式显示器基本上是一种与显示器和 3D 眼镜相结合的特殊指点工具，但其排名落后于其他两种设备，因为用户在适应独特的硬件设置和控制时遇到了一些问题。
该研究还提出了其他模拟工作流程的通用设计架构，详细描述了 Harvis 的设计原理，可以扩展到类似的平台。
虽然研究没有发现最沉浸式界面和最不沉浸式界面在质量和效率方面存在任何重大差异，但兰德斯确实注意到用户对设备的反应之间存在重大差异。
“人们更喜欢 3D 界面，”Randles 说。 “如果他们更喜欢它，他们就更有可能真正使用它。这也可能是一种有趣且令人兴奋的方式，让学生参与有关脉管系统和血流动力学的课程。”
Randles 表示，她计划进行实验，看看她的 3D 血流界面是否可以帮助医学生比当前标准更好地记住重要知识。
未来，此类工具可以帮助制定治疗计划，例如使用更直观的虚拟现实界面放置支架。兰德尔斯还预计这些类型的工具将促进个性化流程空间中的生物医学研究。
引文：“Harvis：用于血流动力学修改和模拟的交互式虚拟现实工具”，Harvey Shi、Jeff Ames、Amanda Randles。比较杂志。科学，2020。DOI：10.1016/j.jocs.2020.101091
(c) 杜克普拉特工程学院
原文来源： WRAL 技术线