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Herramienta interactiva de la simulación del flujo de sangre de VR para perfeccionar cuidado cardiovascular

Los ingenieros biomédicos en Duke University están desarrollando un simulador masivo de la dinámica de fluidos que pueda modelar sangre atraviese el sistema arterial humano completo en la resolución subcelular. Una de las metas del esfuerzo es proveer de doctores la dirección en sus planes del tratamiento permitiendo que simulen la vasculatura específica de un paciente y que predigan exacto cómo las decisiones tales como colocación del stent, inserciones de la tubería y otros cambios geométricos al flujo de sangre afectarán a resultados quirúrgicos.

Una de las barreras más grandes a la adopción clínica sin embargo, está desarrollando una interfaz de usuario que permita que los clínicos exploren fácilmente sus opciones sin la necesidad de ninguna experiencia en de informática. Pues cualquier programador le informará, el diseño de un interfaz liso, intuitivo que la gente de todos los tipos de fondos pueda dominar rápidamente es una tarea alta.

En un nuevo estudio publicado el 7 de mayo en el gorrón de la ciencia de cómputo, los investigadores del duque denuncian sobre su saqueo inicial en crear una interfaz de usuario para su simulación HARVEY llamado herramienta del flujo de sangre. Exploraron los diversos interfaces que colocaban de despliegues de escritorio estándar a las experiencias immersive de la realidad virtual y encontraron que, mientras que los utilizadores pudieron ser cómodos usando un ratón y un teclado estándar, más interfaces futuristas pudieron llevar a cabo la llave a la adopción dispersa.

HARVEY requiere actualmente el conocimiento de la línea interfaces de la codificación y de mando de C, que realmente los límites que pueden utilizar el programa. Este papel introduce una interfaz gráfica de usuario que hemos desarrollado Harvis llamado, de modo que cualquiera pueda utilizar Harvey, si son cirujanos que intentan imaginar la mejor colocación para un stent o los investigadores biomédicos que intentan diseñar un nuevo tipo de stent en conjunto.”

Amanda Randles, el Alfred Winborne y profesor adjunto de Victoria Stover Mordecai de ciencias biomédicas en el duque

Randles ha estado desarrollando la clave de HARVEY por casi una década, comenzando el trabajo como estudiante doctoral en el grupo de investigación de Efthimios Kaxiras, al Juan Hasbrouck Van Vleck profesor de la física pura y aplicada en la Universidad de Harvard. En ese tiempo, ella ha demostrado que HARVEY puede modelar exacto sangre atraviesa las aortas paciente-específicas y otras geometrías vasculares en escalas más largas. También le muestran que el programa puede modelar los flujos de sangre 3D en la escala del cuerpo humano completo.

Poniendo HARVEY para trabajar, Randles ha ayudado a investigadores a entender el tratamiento del stent de aneurysms cerebrales y el incremento de aneurysms. Ella ha creado una manera rápida, no invasor de verificar para saber si hay la enfermedad arterial periférica, y de entender mejor cómo las células cancerosas de circulación se adhieren a diversos tejidos. Con progreso firme en cuanto a las capacidades de cómputo de la clave y de la utilidad demostrada en usos del mundo real, Randles ahora está trabajando para asegurarse de que otros pueden hacer el mejor uso de sus capacidades.

“A medida que la enfermedad cardiovascular continúa ser la causa del número uno de la muerte en los E.E.U.U., la capacidad de perfeccionar la formulación de planes y el resultado de tratamiento sigue siendo un reto importante,” dijo a Randles. “Con la madurez y la disponibilidad de los dispositivos de VR/AR, necesitamos entender que el papel que estas tecnologías pueden desempeñar en la acción recíproca con tales datos. Esta investigación es un paso muy necesario para que el software futuro que se convierte combate enfermedad cardiovascular.”

En el nuevo estudio, Randles y sus colegas de la ingeniería biomédica, socio de investigación Harvey Shi y estudiante de tercer ciclo Jeff Ames, pusieron el interfaz de Harvis que han estado desarrollando a la prueba. Pidieron que los estudiantes de medicina y los investigadores biomédicos simularan tres diversas situaciones -- colocando una tubería entre dos vasos sanguíneos, desplegando o encogiendo la talla de un vaso sanguíneo, o la colocación de un stent dentro de un vaso sanguíneo. Los utilizadores de la prueba tentativa estas tareas usando un ratón estándar y pantalla de ordenador, un dispositivo semi-immersive de la realidad virtual del “Z-espacio”, o una experiencia completo immersive de la realidad virtual con un dispositivo de despliegue de HTC Vive.

Los resultados muestran que los estudiantes y los investigadores podrían utilizar el interfaz estándar del ratón y del teclado y el interfaz completo immersive de VR igualmente también en una mayoría de casos cuantitativo y cualitativo. El despliegue semi-immersive, básicamente una herramienta de puntería especial combinada con un monitor y cristales 3D, sin embargo, alineados detrás de los otros dos dispositivos, pues los utilizadores tenían algunas entregas el ajustar al montaje y a los mandos únicos del hardware.

El estudio también presenta una configuración generalizable del diseño para otros flujos de trabajo simulados, presentando una descripción detallada del análisis razonado para el diseño de Harvis, que se puede ampliar a las plataformas similares.

Mientras que el estudio no encontró ninguna diferencias principales entre más y menos interfaces immersive en términos de calidad y eficiencia, Randles notó una diferencia principal entre las reacciones de los utilizadores al equipo.

La “gente disfrutó del interfaz 3D más,” dijo a Randles. “Y si gozaron de él más, son más probables utilizarlo real. Podía también ser una diversión y una manera emocionante conseguir estudiantes contratados a clases sobre el sistema y la hemodinámica de la vasculatura.”

Randles dice que ella proyecta en experimentos corrientes ver si su interfaz del flujo de sangre 3D puede ayudar a estudiantes de medicina a conservar patrones mejor que actuales importantes del conocimiento. En el futuro, las herramientas como esto podían ayudar con la formulación de planes de tratamiento tal como colocaciones de stents usando un interfaz más intuitivo de la realidad virtual. Randles también prevee que estos tipos de herramientas facilitarán la investigación biomédica en el espacio personalizado del flujo.

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.