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Ferramenta interactiva da simulação da circulação sanguínea de VR para melhorar o cuidado cardiovascular

Os coordenadores biomedicáveis em Duke University estão desenvolvendo um simulador maciço da dinâmica de fluidos que possa modelar o sangue corra através do sistema arterial humano completo na definição subcelular. Um dos objetivos do esforço é fornecer doutores a orientação em seus planos do tratamento permitindo que simulem o vasculature específico de um paciente e prever exactamente como as decisões tais como a colocação do stent, as inserções da canalização e outras alterações geométricas à circulação sanguínea afectarão resultados cirúrgicos.

Uma das barreiras as maiores à adopção clínica contudo, está desenvolvendo uma interface de utilizador que permita que os clínicos explorem facilmente suas opções sem precisar nenhuma experiência na informática. Porque todo o programador o dirá, projetar uma relação lisa, intuitiva que os povos de todos os tipos de fundos possam rapidamente dominar é uma tarefa alta.

Em um estudo novo publicado o 7 de maio no jornal da ciência computacional, os pesquisadores do duque relatam em seu saque inicial em criar uma interface de utilizador para sua simulação HARVEY chamado ferramenta da circulação sanguínea. Exploraram as várias relações que variam dos indicadores padrão do desktop às experiências immersive da realidade virtual e encontraram que, quando os usuários puderam ser confortáveis usando um rato e um teclado padrão, um pouco mais de relações futuristas puderam guardarar a chave a adopção difundida.

HARVEY exige actualmente o conhecimento da linha relações da codificação e do comando de C, que realmente os limites que podem usar o programa. Este papel introduz uma interface de utilizador que gráfica nós desenvolvemos Harvis chamado, de modo que qualquer um pudesse usar Harvey, se são cirurgiões que tentam figurar para fora a melhor colocação para um stent ou uns pesquisadores biomedicáveis que tentam projectar completamente um novo tipo de stent.”

Amanda Randles, o Alfred Winborne e professor adjunto de Victoria Stover Mordecai de ciências biomedicáveis no duque

Randles tem desenvolvido o código de HARVEY por quase uma década, começando o trabalho como um estudante doutoral no grupo de investigação de Efthimios Kaxiras, o John Hasbrouck Van Vleck professor da física pura e aplicada na Universidade de Harvard. Nesse tempo, demonstrou que HARVEY pode exactamente modelar o sangue corre através de aortas paciente-específicas e de outras geometria vasculares em umas escalas mais longas. É mostrada igualmente que o programa pode modelar as circulações sanguíneas 3D na escala do corpo humano completo.

Pondo HARVEY para trabalhar, Randles ajudou pesquisadores a compreender o tratamento do stent de aneurismas cerebrais e o crescimento dos aneurismas. Criou uma maneira rápida, não invasora de verificar para ver se há a doença arterial periférica, e de compreender melhor como as células cancerosas de circulação aderem aos tecidos diferentes. Com progresso regular nas capacidades computacionais do código e da utilidade demonstrada em aplicações do real-mundo, Randles está trabalhando agora para certificar-se que outro pode fazer o melhor uso de suas capacidades.

“Enquanto a doença cardiovascular continua a ser a causa do número um de morte nos E.U., a capacidade para melhorar o planeamento e o resultado de tratamento permanece um desafio significativo,” disse Randles. “Com a maturidade e a disponibilidade de dispositivos de VR/AR, nós precisamos de compreender que o papel que estas tecnologias podem jogar na interacção com tais dados. Esta pesquisa é uma etapa tão necessária para que o software futuro tornando-se combata a doença cardiovascular.”

No estudo novo, Randles e seus colegas da engenharia biomedicável, investigador associado Harvey Shi e aluno diplomado Jeff Ames, puseram a relação que de Harvis tem desenvolvido ao teste. Pediram que as estudantes de Medicina e os pesquisadores biomedicáveis simulassem três situações diferentes -- colocando uma canalização entre dois vasos sanguíneos, expandindo ou encolhendo o tamanho de um vaso sanguíneo, ou a colocação de um stent dentro de um vaso sanguíneo. Os usuários do teste tentaram estas tarefas usando um rato padrão e ecrã de computador, um dispositivo semi-immersive da realidade virtual do “Z-espaço”, ou uma experiência inteiramente immersive da realidade virtual com um dispositivo de indicador de HTC Vive.

Os resultados mostram que os estudantes e os pesquisadores poderiam usar a relação padrão do rato e do teclado e a relação inteiramente immersive de VR ingualmente também em uma maioria dos casos quantitativa e qualitativa. O indicador semi-immersive, basicamente uma ferramenta apontando especial combinada com um monitor e vidros 3D, contudo, classificados atrás de outros dois dispositivos, porque os usuários tiveram algumas edições ajustar à instalação e aos controles originais do hardware.

O estudo igualmente apresenta uma arquitetura que se pode generalizar do projecto para outros trabalhos simulados, apresentando uma descrição detalhada da base racional para o projecto de Harvis, que pode ser estendido às plataformas similares.

Quando o estudo não encontrou nenhuma diferenças principal entre mais e menos relações immersive em termos da qualidade e da eficiência, Randles observou uma diferença principal entre as reacções dos usuários ao equipamento.

Os “povos apreciaram a relação 3D mais,” disse Randles. “E se a apreciaram mais, são mais prováveis usá-la realmente. Podia igualmente ser um divertimento e uma maneira emocionante obter estudantes contratados nas classes sobre o sistema e a hemodinâmica do vasculature.”

Randles diz que planeia em experiências running ver se sua relação da circulação sanguínea 3D pode ajudar estudantes de Medicina a reter padrões melhor do que actuais importantes do conhecimento. No futuro, as ferramentas como esta podiam ajudar com planeamento de tratamento tal como colocações dos stents usando uma relação mais intuitiva da realidade virtual. Randles igualmente espera que estes tipos de ferramentas facilitarão a pesquisa biomedicável no espaço personalizado do fluxo.

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.