Cvičení dělá mistra

Chirurg studuje obličej dospívajícího chlapce, kterému rakovina před lety zničila horní čelist a tvář. Zvedne pravou ruku v rukavici a ukáže na oblast těsně pod jedním z pacientových očí. Jako mávnutím kouzelného proutku se na chlapcově tváři objeví řez, který odhalí oblast tkáně a kosti, kterou je třeba znovu vybudovat. Chirurg znovu ukazuje a začíná složitou proceduru transplantace kosti a tkáně z chlapcova kyčle do obličeje.

V minulosti museli plastičtí chirurgové být na operačním sále, aby zkoušeli takové postupy. Nyní někteří používají experimentální počítačový vizualizační nástroj nazvaný Immersive Workbench, vyvinutý výzkumníky ze Stanfordské univerzity a NASA Ames Research Center, k plánování a procvičování náročných operací. Softwarový program kombinuje data z CT skenů, snímků z magnetické rezonance a ultrazvuku a vytváří snímky jednotlivých pacientů s vysokým rozlišením a zobrazuje je ve virtuálním prostředí.

Tento příběh byl součástí našeho vydání z března 1998

• Viz zbytek čísla
• předplatit

Na rozdíl od jiných softwarových nástrojů vyvinutých pro vizualizaci výsledků plastické chirurgie, které se opírají o standardní fyzické modely mužů a žen, Immersive Workbench generuje obrázky, které zobrazují specifické deformity nebo zranění konkrétních pacientů. Nejnovější prototyp softwaru jde ještě dále a umožňuje lékařům s brýlemi s pásovou uzávěrkou a speciálními rukavicemi testovat konkrétní chirurgické přístupy v rychlém sledu, aby zjistili, který přináší nejlepší výsledky.

Celá myšlenka spočívá v možnosti interagovat s virtuálním prostředím stejným způsobem, jakým komunikujete s pacientem v reálném životě – způsobem, který nevyžaduje téměř žádné školení pro uživatele, říká ředitel projektu Dr. Michael Stephanides z oddělení Stanfordské univerzity. plastické chirurgie.

Projekt začal v roce 1991, kdy výzkumníci ze Stanfordu začali vyvíjet dvourozměrné grafické ztvárnění pacientů ze zobrazovacích dat. Před třemi lety Stephanides požádal NASA Ames, aby vytvořila sofistikovaný software pro vytváření trojrozměrných portrétů pacientů z dat shromážděných při CT skenech. V té době inženýři NASA Ames trávili většinu času vytvářením vizualizací biologických systémů pro vesmírné aplikace, ale spolupráce laboratoře se Stanfordem vedla k vytvoření Biocomputation Center NASA Ames, nového národního centra pro výzkum ve virtuálních prostředích. pro chirurgické plánování.

Plastická chirurgie představuje obzvláště přísnou výzvu pro softwarové inženýry a lékařské výzkumníky vyvíjející nástroje virtuální reality (VR), protože počítačové vykreslování pacientů musí vypadat téměř přesně jako ve skutečném světě. Zobrazit části lidského těla v potřebném vysokém rozlišení není žádný malý úkol, říká Kevin Montgomery, vedoucí skupiny NASA Ames účastnící se tohoto projektu. Podle Montgomeryho obsahuje 3D vykreslování lidské tváře a hlavy 8 milionů malých obrazových řezů, které musí být aktualizovány rychlostí 10 snímků za sekundu, což vyžaduje zpracování, které se blíží teoretickému limitu současných počítačů; v důsledku toho museli výzkumníci NASA Ames najít důmyslné způsoby, jak zlikvidovat většinu nezpracovaných dat ze snímků pacientů. Nicméně Montgomeryho skupina dokázala vytvořit vysoce rozlišené snímky s detaily tak jemných rysů, jako jsou malé vyvýšeniny tkáně, dojem žíly pod kůží na lidské pokožce hlavy a jemné detaily pacientova vnitřního ucha.

Lékaři již použili Immersive Workbench k naplánování asi 15 operací zahrnujících rekonstrukci kostních defektů ve skeletu obličeje a lebky. Montgomery a Stephanides však varují, že nástroj je stále ve fázi experimentu. Klinické nasazení očekávají za tři až pět let, kdy další generace procesorů a grafických karet vyrobí stolní počítače v hodnotě 10 000 USD tak rychlé a výkonné jako grafické pracovní stanice za 100 000 USD, které jsou nyní potřeba ke spuštění softwaru. Do té doby vědci doufají, že vylepší program vytvořením intuitivnějšího grafického uživatelského rozhraní, přesnějším zobrazováním virtuálních chirurgických nástrojů a rozvojem schopnosti aktualizovat snímky pacientů v téměř reálném čase, když lékaři praktikují své postupy.

Když náklady na hardware již nejsou omezujícím faktorem, Stephanides věří, že technologie VR nahradí současné metody chirurgického plánování a stane se důležitým nástrojem pro vzdělávání lékařů na lékařských fakultách.

skrýt