Praktyka czyni mistrza

Chirurg bada twarz nastoletniego chłopca, którego górna szczęka i policzek zostały przed laty zniszczone przez raka. Unosząc prawą rękę w rękawiczce, wskazuje obszar tuż pod jednym z oczu pacjenta. Jak za dotknięciem czarodziejskiej różdżki na policzku chłopca pojawia się nacięcie, odsłaniając obszar tkanki i kości do odbudowy. Wskazując ponownie, chirurg rozpoczyna skomplikowaną procedurę przeszczepu kości i tkanki z biodra chłopca na twarz.

W przeszłości chirurdzy plastyczni musieli być na sali operacyjnej, aby wypróbować takie zabiegi. Obecnie niektórzy używają eksperymentalnego narzędzia do wizualizacji komputerowej o nazwie Immersive Workbench, opracowanego przez naukowców ze Stanford University i NASA Ames Research Center, aby planować i ćwiczyć trudne operacje. Oprogramowanie łączy dane ze skanów CT, obrazów rezonansu magnetycznego i USG w celu tworzenia obrazów o wysokiej rozdzielczości poszczególnych pacjentów i wyświetlania ich w środowisku wirtualnym.

Ta historia była częścią naszego wydania z marca 1998 r.

• Zobacz resztę numeru
• Subskrybuj

W przeciwieństwie do innych narzędzi programowych opracowanych do wizualizacji wyników chirurgii plastycznej, które opierają się na standardowych modelach fizycznych mężczyzn i kobiet, Immersive Workbench generuje obrazy, które przedstawiają określone deformacje lub urazy poszczególnych pacjentów. Najnowszy prototyp oprogramowania idzie dalej, pozwalając lekarzom noszącym okulary z śledzonymi migawkami i specjalne rękawice testować w krótkim czasie konkretne metody chirurgiczne, aby zobaczyć, które z nich dają najlepsze wyniki.

Cała idea polega na tym, aby móc wchodzić w interakcje ze środowiskiem wirtualnym w taki sam sposób, w jaki wchodzi się w interakcję z pacjentem w prawdziwym życiu – w sposób, który nie wymaga prawie żadnego szkolenia użytkownika, mówi dyrektor projektu, dr Michael Stephanides z Wydziału Uniwersytetu Stanforda. Chirurgii Plastycznej.

Projekt rozpoczął się w 1991 roku, kiedy naukowcy ze Stanford zaczęli opracowywać dwuwymiarowe renderowanie graficzne pacjentów na podstawie danych obrazowych. Trzy lata temu Stephanides poprosił NASA Ames o stworzenie zaawansowanego oprogramowania do tworzenia trójwymiarowych portretów pacjentów na podstawie danych zebranych w tomografii komputerowej. W tym czasie inżynierowie NASA Ames spędzali większość czasu na tworzeniu wizualizacji systemów biologicznych do zastosowań kosmicznych, ale współpraca laboratorium ze Stanfordem doprowadziła do powstania Biocomputation Center NASA Ames, nowego krajowego centrum badań w środowiskach wirtualnych do planowania chirurgicznego.

Chirurgia plastyczna stanowi szczególnie rygorystyczne wyzwanie dla inżynierów oprogramowania i badaczy medycyny opracowujących narzędzia rzeczywistości wirtualnej (VR), ponieważ komputerowe wizualizacje pacjentów muszą wyglądać niemal dokładnie tak, jak w prawdziwym świecie. Wyświetlanie części ludzkiego ciała w wymaganej wysokiej rozdzielczości nie jest łatwym zadaniem, mówi Kevin Montgomery, lider grupy NASA Ames biorącej udział w tym projekcie. Według Montgomery'ego renderowanie 3D ludzkiej twarzy i głowy zawiera 8 milionów maleńkich kawałków obrazu, które muszą być aktualizowane z prędkością 10 klatek na sekundę, co wymaga przetwarzania, które zbliża się do teoretycznego limitu obecnych komputerów; w rezultacie naukowcy z NASA Ames musieli znaleźć pomysłowe sposoby na odrzucenie wielu surowych danych z obrazów pacjentów. Niemniej jednak grupie Montgomery’ego udało się wygenerować obrazy o wysokiej rozdzielczości, przedstawiające tak subtelne cechy, jak małe grzbiety tkanki, odcisk żyły pod skórą na ludzkiej skórze głowy i drobne szczegóły ucha wewnętrznego pacjenta.

Lekarze wykorzystali już Immersive Workbench do zaplanowania około 15 operacji obejmujących rekonstrukcję ubytków kostnych szkieletu twarzy i czaszki. Ale Montgomery i Stephanides ostrzegają, że narzędzie jest wciąż w fazie eksperymentalnej. Oczekują wdrożenia klinicznego w ciągu trzech do pięciu lat, kiedy następna generacja procesorów i kart graficznych sprawi, że komputery stacjonarne za 10 000 USD będą tak szybkie i wydajne, jak graficzne stacje robocze za 100 000 USD potrzebne teraz do uruchomienia oprogramowania. Od teraz do tego czasu naukowcy mają nadzieję ulepszyć program poprzez stworzenie bardziej intuicyjnego graficznego interfejsu użytkownika, dokładniej przedstawiającego wirtualne narzędzia chirurgiczne i rozwijając zdolność do aktualizowania obrazów pacjentów w czasie zbliżonym do rzeczywistego, w miarę jak lekarze ćwiczą swoje procedury.

Kiedy koszty sprzętu nie są już czynnikiem ograniczającym, Stephanides wierzy, że technologia VR zastąpi obecne metody planowania chirurgicznego i stanie się ważnym narzędziem kształcenia lekarzy w szkołach medycznych.

ukryć