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3D和VR技术正在应用于血流改善和心血管护理方面的研究

3D VR血流改善心血管护理
研究科学家Harvey Shi展示了一种新的虚拟现实界面,医生可以很快使用该界面来帮助做出医疗决定,例如在逐个患者的基础上将支架放置在何处。

杜克大学(Duke University)的生物医学工程师正在开发一种大型流体动力学模拟器,该模拟器可以以亚细胞分辨率对通过整个人体动脉系统的血流进行建模。这项工作的目标之一是通过允许医生模拟患者的特定脉管系统并准确预测诸如支架放置,导管插入和血流的其他几何改变等决定如何影响手术结果,为医生提供治疗计划方面的指导。

然而,临床采用的最大障碍之一是开发一种用户界面,使临床医生无需任何计算机科学专业知识即可轻松探索其选择。正如任何程序员都会告诉您的那样,设计一个平滑,直观的界面以使所有背景的人们都可以快速掌握,这是一项艰巨的任务。

杜克大学的研究人员报告了他们最初为创建名为HARVEY的血流仿真工具创建用户界面的尝试。他们探索了从标准台式机显示器到身临其境的虚拟现实体验的各种界面,并发现,尽管用户可能会习惯使用标准的鼠标和键盘,但一些更具未来派风格的界面可能会成为广泛采用的关键。

“ HARVEY当前需要C编码和命令行界面的知识,这实际上限制了谁可以使用该程序,”杜克大学生物医学科学助理教授Alfred Winborne和Victoria Stover Mordecai的Amanda Randles说。“本文介绍了我们开发的称为Harvis 的图形用户界面,以便任何人都可以使用Harvey,无论是外科医生试图找出支架的最佳放置位置,还是试图共同设计新型支架的生物医学研究人员。 ”

Randles在哈佛大学纯粹与应用物理学教授John Hasbrouck Van Vleck教授Efthimios Kaxiras的研究小组中以博士生的身份开始了将近十年的研发工作。在那段时间里,她证明了HARVEY可以在更长的尺度上准确模拟通过患者特定主动脉和其他血管几何形状的血流。她还向人们展示了该程序可以模拟整个人体的3-D血流。

将HARVEY投入使用,Randles帮助研究人员了解了支架治疗脑动脉瘤和动脉瘤的生长。她创造了一种快速,无创的​​方法来检查周围动脉疾病,并更好地了解循环癌细胞如何粘附于不同组织。随着代码计算能力的稳步提高以及在实际应用中的实用性,Randles现在正在努力确保其他人可以充分利用其能力。玩00:0000:00静音设定值画中画进入全屏玩阿曼达·兰德斯(Amanda Randles)正在开发一种超级计算机代码,该代码可以模拟患者特定脉管系统中直至细胞水平的血液流动。图片提供:杜克大学Ken Kenery

Randles说:“由于心血管疾病仍然是美国的头号死因,因此改善治疗计划和结果的能力仍然是一项重大挑战。” “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。这项研究是开发抗心血管疾病未来软件的急需步骤。”

在这项新研究中,Randles和她的生物医学工程同事,研究助理Harvey Shi和研究生Jeff Ames将他们一直在开发的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:在两个血管之间放置导管,扩大或缩小血管大小,或在血管内放置支架。测试用户使用标准的鼠标和计算机屏幕,“ Z-space”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这些任务。

结果表明,在大多数情况下,无论是定量还是定性,学生和研究人员都可以平等地使用标准的鼠标和键盘界面以及完全沉浸式VR界面。半沉浸式显示器基本上是一种特殊的指点工具,结合了监视器和3-D眼镜,但在其他两个设备上却落后于其他设备,因为用户在调整独特的硬件设置和控件时遇到了一些问题。

这项研究还提出了用于其他模拟工作流的通用设计架构,对Harvis设计原理的详细描述进行了详细说明,该原理可以扩展到类似平台。

尽管研究并未发现最沉浸式界面与最沉浸式界面之间在质量和效率上有任何重大差异,但Randles确实注意到了用户对设备的反应之间的重大差异。

Randles说:“人们更喜欢3-D界面。” “而且,如果他们更喜欢它,他们就更有可能实际使用它。这也是使学生参与有关脉管系统和血液动力学的课程的一种有趣而令人兴奋的方式。”

兰德尔斯说,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现有标准更好地保留重要知识。将来,像这样的工具可以使用更直观的虚拟现实界面协助进行治疗计划,例如支架的放置。Randles还期望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。

本文为作者 何斌 独立观点,并不代表 我是CIO 立场。

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