Журнал Compass #15

ВИРТУАЛЬНАЯ МЕДИЦИНА Иммерсивная виртуальность позволяет ученым исследовать скрытые области знаний

В течение многих сотен лет продвижение медицины и науки ограничивалось тем, что ученые могут фактически наблюдать. Тем не менее, с появлением современных вычислительных систем и иммерсивной виртуальности, исследователи нашего дня имеют все необходимые инструменты для наблюдения за тем, как бьется сердце человека изнутри его камер или детального рассмотрения невиданных прежде биологических процессов построения и изменения клетки.

Следует признать, что наиболее заметными результатами среди всех областей применения иммерсивной виртуальности (iV) отличаются медицина и наука.

Например, в медицине разница между жизнью и смертью может зависеть от скорости, точности и безопасности процедуры. Виртуальная реальность (VR) и дополненная реальность (AR) дают врачам возможность спланировать и опробовать различные варианты хирурги- ческого вмешательства на виртуальных пациентах без какого-либо риска. Резуль- таты цифровой диагностики, снимки компьютерной томографии и МРТ, могут быть даже преобразованы в целевые VR- модели с учетом физиологии конкретного пациента.

HTC Vive как раз занималась разработкой таких приложений, когда компании пред- ложили объединить усилия с Surgical Theater.

«Изначально мы рассматривали детей с опухолью мозга, объем которого оставляет слишком мало места для оперативного маневра», говорит Херве Фонтэн, вице-президент по технологиям виртуальной реальности в сегменте B2B в компании HTC Vive, выпускающей HMDдисплеи. «Surgical Theater умеет создавать VR-среду увеличенного масштаба, так что хирург может фактически зайти внутрь и рассмотреть опухоль под любым углом, после чего спланировать оптимальный вариант проведения операции. В результате резко увеличилось количество успешных операций».

 “ВЫ НЕ СМОЖЕТЕ ЭКСПЕРИМЕНТИРОВАТЬ С ВНЕДРЕНИЕМ МЕДИЦИНСКИХ СРЕДСТВ В РЕАЛЬНОЕ ТЕЛО ПАЦИЕНТА, НО ВЫ СМОЖЕТЕ СДЕЛАТЬ ЭТО НА ВИРТУАЛЬНОЙ МОДЕЛИ ЭТОГО ПАЦИЕНТА С ЦЕЛЬЮ ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНОГО РЕШЕНИЯ.”

ЭНДРЮ НАРРАКОТ ПРЕПОДАВАТЕЛЬ МЕДИЦИНСКОЙ ФИЗИКИ В УНИВЕРСИТЕТЕ

Свои плюсы от использованияVR имеются и при обучении хирургов. «Условия подготовки должны максимально точно воспроизводить реальность», говорит Дэвид Вайнштайн, директор по профессиональным VR-решениям в компании NVIDIA, лидера в области компьютерной графики. «Цифровая модель пациента должна вести себя, с точки зрения физики, абсолютно так же, как реальный человек. Для этого используется очень сложный алгоритм отслеживания объектов, который должен определять, когда два объекта приближаются друг к другу, и как они себя будут вести в случае соприкосновения, например,если это скальпель,разрезающий живую ткань, так что мы собираем целые библиотеки данных о тактильной обратной связи в аудио и видео формате».

ТОЧНОЕ ПОВТОРЕНИЕ ФИЗИОЛОГИИ В VR

Пит Джонсон занимает должность вицепрезидента по стратегическому развитию в компании zSpace, которая выпускает по индивидуальному заказу рабочие станции для просмотра и манипулирования трехмерными медицинскими моделями в VR-среде.

«Например, в рамках проекта Living Heart мы работали с компанией Dassault Systèmes (издатель журнала Compass) и многими научными экспертами мирового уровня, чтобы получить точную модель бьющегося сердца и наблюдать, как оно в действительности функционирует внутри тела», говорит Джонсон. «Внутри трупа этого не сделать. Модель включает в себя полноценную механическую и жидкостную динамику, так что она может использоваться для любых целей, от инструктажа пациентов до предоперационного планирования и медицинских исследований».

В Институте компьютерного моделирования медицинских операций Insigneo, Шеффилдский университет, ученые в рамках финансируемого Евросоюзом проекта Виртуальный физиологический человек (VPH) помогают в разработке 3D-моделей основных систем нашего тела.

«VPH предполагает создание имитационных моделей человеческого тела, которые могут быть использованы вместе или в отдельности для решения комплексных научных проблем – улучшение методов лечения заболеваний сердечно-сосудистой системы или мускульного аппарата, зрения или органов ЖКТ», говорит Эндрю Нарракот, преподаватель медицинской физики в университете. «Мы нацелены на перенос результатов исследования в состав клинических испытаний, чтобы врачи в дальнейшем смогли применять их на практике».

В хирургии в особенности «возможность опробовать множество различных сценариев, которые слишком рискованны для использования в реальной обстановке, становится важнейшим преимуществом», говорит Нарракот. «Например, вы не станете экспериментировать с имплантацией живому пациенту разных вариантов медицинских устройств, а вот виртуальная модель анатомической структуры позволяет опробовать различные имплантаты и выбрать наилучший вариант. Конечно, сделать это можно и на экране компьютера, но VR предлагает новый подход к усвоению результатов взаимодействия с имитационными моделями».

РАСКРЫТИЕ СЕКРЕТА КЛЕТОК В VR-СРЕДЕ

В то время как медицинские исследователи работают над применением VRтехнологий для разработки сценариев лечения, ученые-теоретики используют ее для того, чтобы понять базовые, фундаментальные принципы протекания биологических процессов в организме.

«Возьмем, к примеру, клетку – все знают, что она делает, но как она это делает... до сих пор остается, по большей части, загадкой», говорит Реза Садеги, управляющий директор компании Dassault Systèmes, бренд BIOVIA. «Внутрь клетки не поместишь камеру, но сейчас мы имеем достаточное представление о происходящем, чтобы смоделировать ситуацию. И у нас хватит вычислительных мощностей для создания алгоритмов, которые преобразуют формулы в физическое восприятие».

В тандеме VR и перспективная вычислительная среда изменят подход к научным, прогнозирует Садеги. «Когда наблюдаешь происходящее своими глазами, то вероятность заполнить оставшиеся информац-

ионные пробелы гораздо выше», говорит он. «Точность моделирования нельзя назвать абсолютной, но мы подобрались достаточно близко, и сейчас у нас есть платформа для объединения специалистов всех профилей в пределах единой среды для совместной работы, благодаря которой научный прогресс ожидает стремительное продвижение вперед». ◆

автор статьи Joseph Knoop Вернуться к началу страницы
автор статьи Joseph Knoop

Посмотрите, как функционирует Surgical Theater: :
http://3ds.one/SurgicalVR