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Outil interactif de simulation de flux sanguin de VR pour améliorer des soins cardiovasculaires

Les techniciens biomédicaux à Duke University développent un simulateur massif de dynamique des fluides qui peut modéliser le sang traversent le plein système artériel humain à la définition sous-cellulaire. Un des objectifs de l'effort est de fournir à des médecins le guidage dans leurs plans de traitement en leur permettant de simuler le réseau vasculaire spécifique d'un patient et de prévoir exactement comment les décisions telles que l'emplacement d'armature intra-artérielle, les mises en place de conduit et toute autre altération géométrique au flux sanguin affecteront des résultats chirurgicaux.

Un des plus grands barrages à l'adoption clinique cependant, développe une interface utilisateur qui permet à des cliniciens d'explorer facilement leurs options sans avoir besoin de n'importe quelles compétences dans de l'informatique. Car n'importe quel programmeur vous indiquera, le modèle d'une surface adjacente douce et intuitive que les gens de tous les types de milieux peuvent rapidement maîtriser est une tâche grande.

Dans une étude neuve publiée le 7 mai dans le tourillon de la Science de calcul, les chercheurs de duc rendent compte de leur incursion initiale dans produire une interface utilisateur pour leur outil HARVEY appelé de simulation de flux sanguin. Ils ont exploré les surfaces adjacentes variées s'échelonnant des étalages de bureau normaux aux expériences de réalité virtuelle d'immersif et ont constaté que, alors que les usagers pourraient être confortables utilisant un clavier et souris normal, encore plus de surfaces adjacentes futuristes pourraient retenir la clavette sur l'adoption répandue.

HARVEY exige actuel la connaissance de la ligne commande surfaces adjacentes de codage et de C, qui réellement les limites qui peuvent employer le programme. Cet article introduit une interface utilisateur graphique que nous avons développé Harvis appelé, de sorte que quiconque puisse employer Harvey, si elles sont des chirurgiens essayant de figurer à l'extérieur le meilleur emplacement pour une armature intra-artérielle ou des chercheurs biomédicaux essayant de concevoir un type neuf d'armature intra-artérielle totalement. »

Amanda Randles, l'Alfred Winborne et professeur adjoint de Victoria Stover Mordecai des sciences biomédicales au duc

Randles avait développé l'indicatif de HARVEY pendant presque une décennie, ayant commencé le travail en tant qu'étudiant au doctorat à l'organisme de recherche d'Efthimios Kaxiras, le John Hasbrouck Van Vleck professeur de la physique pure et appliquée à l'Université de Harvard. Dans ce temps, il a expliqué que HARVEY peut exactement modéliser le sang traverse des aortes de patient-détail et d'autres géométries vasculaires sur de plus longues échelles. Il est également montré que le programme peut modéliser les flux sanguins 3D sur l'échelle du plein corps humain.

Mettant HARVEY pour fonctionner, Randles a aidé des chercheurs à comprendre la demande de règlement d'armature intra-artérielle des anévrismes cérébraux et l'accroissement des anévrismes. Il a produit une voie rapide et non envahissante de vérifier la maladie artérielle périphérique, et de comprendre mieux comment les cellules cancéreuses de diffusion adhèrent à différents tissus. Avec le progrès régulier sur les puissances de calcul de l'indicatif et de l'utilité expliquée dans les applications du monde réel, Randles travaille maintenant pour s'assurer que d'autres peuvent effectuer la meilleure utilisation de ses capacités.

« Pendant que la maladie cardio-vasculaire continue à être la cause du décès du numéro un aux USA, la capacité d'améliorer la planification et les résultats de demande de règlement demeure un défi important, » a dit Randles. « Avec la maturité et la disponibilité des dispositifs de VR/AR, nous devons comprendre que le rôle que ces technologies peuvent jouer dans l'interaction avec de telles caractéristiques. Cette recherche est une opération indispensable pour que le futur logiciel se développant combatte la maladie cardio-vasculaire. »

Dans l'étude neuve, Randles et ses collègues de génie biomédical, associé Harvey Shi de recherches et étudiant de troisième cycle Jeff Ames, ont mis la surface adjacente de Harvis qu'ils avaient développée au test. Ils ont demandé à des étudiants en médecine et à des chercheurs biomédicaux de simuler trois situations différentes -- mettant un conduit entre deux vaisseaux sanguins, augmentant ou rétrécissant la taille d'un vaisseau sanguin, ou mettre une armature intra-artérielle dans un vaisseau sanguin. Les usagers de test ont essayé ces tâches utilisant une souris normale et écran d'ordinateur, un dispositif de réalité virtuelle de semi-immersif du « Z-espace », ou entièrement une expérience de réalité virtuelle d'immersif avec un écran-clavier de HTC Vive.

Les résultats prouvent que les stagiaires et les chercheurs pourraient employer la surface adjacente normale de clavier et souris et entièrement la surface adjacente de l'immersif VR également aussi bien dans une majorité de cas quantitativement et qualitativement. L'étalage de semi-immersif, fondamentalement un outil de pointage spécial combiné avec un moniteur et glaces 3D, cependant, classées derrière les deux autres dispositifs, car les usagers ont eu quelques éditions régler sur la seuls installation et contrôles de visserie.

L'étude présente également une architecture généralisable de modèle pour d'autres flux de travail simulés, présentant une description détaillée du raisonnement pour le modèle de Harvis, qui peut être étendu aux plates-formes assimilées.

Tandis que l'étude ne trouvait aucune différence majeure entre plus et moins surfaces adjacentes d'immersif en termes de qualité et rendement, Randles a remarqué une différence majeure entre les réactions des usagers au matériel.

Les « gens ont apprécié la surface adjacente 3D davantage, » a dit Randles. « Et s'ils l'appréciaient davantage, ils sont pour l'employer réellement. C'a pu également être un amusement et une voie passionnante d'obtenir des stagiaires occupés dans les types au sujet du système et de l'hémodynamique de réseau vasculaire. »

Randles dit qu'il planification sur des expériences en marche pour voir si sa surface adjacente du flux sanguin 3D peut aider des étudiants en médecine à maintenir des normes mieux qu'actuelles importantes de la connaissance. À l'avenir, les outils comme ceci ont pu assister la planification de demande de règlement telle que des emplacements des armatures intra-artérielles utilisant une surface adjacente plus intuitive de réalité virtuelle. Randles prévoit également que ces types d'outils faciliteront la recherche biomédicale dans l'espace personnalisé de flux.

Source:
Journal reference:

Shi, H., et al. (2020) Harvis: an interactive virtual reality tool for hemodynamic modification and simulation. Journal of Computational Science. doi.org/10.1016/j.jocs.2020.101091.