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Strumento interattivo di simulazione del flusso sanguigno di VR per migliorare cura cardiovascolare

Gli ingegneri biomedici alla Duke University stanno sviluppando un simulatore massiccio di dinamica fluida che può modellare il sangue attraversa il sistema arterioso umano completo a risoluzione sottocellulare. Uno degli scopi dello sforzo è di fornire a medici orientamento nelle loro pianificazioni del trattamento permettendoli di simulare il sistema vascolare specifico di un paziente e di predire esattamente come le decisioni quali il collocamento dello stent, le inserzioni del condotto ed altre alterazioni geometriche a flusso sanguigno pregiudicheranno i risultati chirurgici.

Una di più grandi barriere ad approvazione clinica tuttavia, sta sviluppando un'interfaccia utente che permette che i clinici esplorino facilmente le loro opzioni senza avere bisogno di alcuna competenza in informatica. Poichè tutto il programmatore vi dirà, progettare un'interfaccia regolare e intuitiva che la gente da tutti i tipi di ambiti di provenienza può padroneggiare rapidamente è un compito alto.

In un nuovo studio pubblicato il 7 maggio nel giornale di scienza di calcolo, i ricercatori di duca riferiscono sulla loro incursione iniziale nella creazione dell'interfaccia utente per la loro simulazione HARVEY chiamato strumento del flusso sanguigno. Hanno esplorato le varie interfacce che variano dalle visualizzazioni da tavolino standard alle esperienze immersive di realtà virtuale ed hanno trovato che, mentre gli utenti potrebbero stare bene facendo uso di un mouse e di una tastiera standard, un po'più di interfacce futuristiche potrebbero tenere il tasto ad approvazione diffusa.

HARVEY corrente richiede la conoscenza delle interfacce di codifica e della riga di comando di C, che realmente limiti che possono usare il programma. Questo documento introduce un'interfaccia grafica che abbiamo sviluppato Harvis chiamato, di modo che qualcuno può usare Harvey, se sono chirurghi che provano a capire il migliore collocamento per uno stent o i ricercatori biomedici che prova a progettare un nuovo tipo di stent complessivamente.„

Amanda Randles, il Alfred Winborne e assistente universitario di Port Victoria Stover Mordecai delle scienze biomediche a duca

Randles sta sviluppando il codice di HARVEY per quasi una decade, cominciante il lavoro come studente di laurea nel gruppo di ricerca di Efthimios Kaxiras, il John Hasbrouck Van Vleck professore di puro e la fisica applicata alla Harvard University. In quel tempo, ha dimostrato che HARVEY può modellare esattamente il sangue attraversa le aorte paziente-specifiche ed altre geometrie vascolari sui disgaggi più lunghi. Egualmente è indicata che il programma può modellare i flussi sanguigni 3D sul disgaggio del corpo umano completo.

Mettendo HARVEY per lavorare, Randles ha aiutato i ricercatori a capire il trattamento dello stent degli aneurismi cerebrali e la crescita degli aneurismi. Ha creato un modo rapido e non invadente controllare per vedere se c'è la malattia arteriosa periferica e capire meglio come le cellule tumorali di circolazione aderiscono ai tessuti differenti. Con progresso costante sulle abilità di calcolo del codice e dell'utilità dimostrata per le applicazioni nell'ambiente, Randles ora sta lavorando per assicurarsi che altri possano fare il migliore uso delle sue abilità.

“Mentre la malattia cardiovascolare continua ad essere la causa della morte di numero uno negli Stati Uniti, la capacità di migliorare la programmazione del trattamento ed il risultato rimane una sfida significativa,„ ha detto Randles. “Con la scadenza e la disponibilità delle unità di VR/AR, dobbiamo capire che il ruolo queste tecnologie possono svolgere nell'interazione con tali dati. Questa ricerca è un punto tanto necessario affinchè il software futuro di sviluppo combatti la malattia cardiovascolare.„

Nel nuovo studio, Randles ed i suoi colleghi di assistenza tecnica biomedica, socio di ricerca Harvey Shi e dottorando Jeff Ames, hanno messo l'interfaccia che di Harvis stanno sviluppando alla prova. Hanno chiesto agli studenti di medicina ed ai ricercatori biomedici di simulare tre situazioni differenti -- collocando un condotto fra due vasi sanguigni, ampliando o restringendo la dimensione di un vaso sanguigno, o collocamento dello stent all'interno di un vaso sanguigno. Gli utenti della prova hanno tentato queste mansioni facendo uso di un mouse standard e schermo di computer, un'unità di realtà virtuale dei semi-immersive “dello Z-spazio„, o un'esperienza completamente immersive di realtà virtuale con un visualizzatore di HTC Vive.

I risultati indicano che gli studenti ed i ricercatori potrebbero utilizzare l'interfaccia standard della tastiera e del mouse e l'interfaccia completamente immersive di VR ugualmente pure in una maggioranza dei casi sia quantitativamente che qualitativamente. La visualizzazione dei semi-immersive, basicamente uno strumento indicante speciale combinato con un video e vetri 3D, tuttavia, allineati dietro le altre due unità, poichè gli utenti hanno avuti alcune emissioni regolare all'impostazione ed ai comandi unici del hardware.

Lo studio egualmente presenta un'architettura generalizzabile di progettazione per altri flussi di lavoro simulati, presentante una descrizione dettagliata della spiegazione razionale per la progettazione di Harvis, che può essere estendere alle simili piattaforme.

Mentre lo studio non ha trovato alcune differenze principali fra più e meno interfacce immersive in termini di qualità e risparmio di temi, Randles ha notato una differenza principale fra le reazioni degli utenti alla strumentazione.

“La gente ha goduto dell'interfaccia 3D di più,„ ha detto Randles. “E se la godessero di più, sono più probabili realmente usarlo. Ha potuto anche essere un divertimento e un modo emozionante ottenere gli studenti impegnati nelle classi circa il sistema e l'emodinamica del sistema vascolare.„

Randles dice che pianificazione sugli esperimenti correnti vedere se la sua interfaccia del flusso sanguigno 3D può aiutare gli studenti di medicina a conservare gli standard meglio correnti importanti di conoscenza. In futuro, gli strumenti come questo hanno potuto assistere alla programmazione del trattamento quali i collocamenti degli stents facendo uso di un'interfaccia più intuitiva di realtà virtuale. Randles egualmente prevede che questi tipi di strumenti facilitino la ricerca biomedica nello spazio personale di flusso.

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.