211service.com
Programinė įranga chirurginiam planavimui
Georgia Tech ir Emory universiteto mokslininkai sukūrė naujovišką kompiuterinę programą, kuri padėtų širdies chirurgams optimizuoti chirurgines procedūras prieš jiems patenkant į operacinę. Vaizdu pagrįsta chirurginio planavimo programinė įranga leidžia chirurgams manipuliuoti trimačiu paciento širdies kompiuteriniu modeliu. Gydytojui pakeitus modelį taip, kad jis apimtų norimą kraujagyslių konfigūraciją, kurią jis nori sukurti operacijos metu, programa naudoja skaičiavimo skysčio dinamiką, kad paleistų kraujo tėkmės modeliavimą, rodantį, kaip gerai veiks modifikuota širdis.
Tyrėjas, naudodamas vaizdu pagrįstą chirurginio planavimo sistemą, manipuliuoja paciento kraujagyslių sistemos modeliu su įvesties įrenginiais, suformuotais kaip skalpeliai. Kai jo numatytas dizainas bus baigtas, bus patikrintas jo kraujotakos efektyvumas.
Projekto tikslas – sukurti pilną sistemą, kuri atitiktų sudėtingus širdies ir kraujagyslių chirurgijos planavimo ir vertinimo poreikius, sakoma pranešime. Ajit Yoganathan , pagrindinis projekto tyrėjas ir asocijuotasis pirmininkas Biomedicininės inžinerijos katedra Džordžijos technikos ir Emory universitete. Programa buvo sukurta siekiant patikrinti vieną iš labiausiai paplitusių ir sudėtingiausių žinomų įgimtų širdies problemų: vieno skilvelio defektą.
Vaikai, sergantys šia liga, turi tik vieną širdies skilvelį (kairįjį), o ne du, skirtą deguonies prisotintam ir deguonies turinčiam (nešvariam) kraujui pumpuoti visame kūne. Sveikiems pacientams dešinysis skilvelis pumpuoja deguonies prisotintą kraują per arterijas į plaučius, o kairysis skilvelis gauna deguonies prisotintą kraują per venas ir siunčia jį į visus kūno organus.
Kraujo mišinys viename skilvelyje labai pažeidžia cirkuliaciją visame kūne, sako privati vaikų kardiologė Shiva Sharma. Chirurgo darbas yra atskirti kraujotaką, ty nukreipti deguonies pašalintą kraują tiesiai ir tolygiai į plaučius, tuo pačiu sumažinant pasipriešinimą tekėjimui. Ši operacija vadinama Fontano taisymu.
Svarbu sukurti geriausią ryšį, nes per didelis pasipriešinimas gali padidinti kraujospūdį ir sukelti įvairias gyvybei pavojingas komplikacijas. Pedro del Nido , Bostono vaikų ligoninės širdies chirurgijos vadovas. Chirurginės procedūros yra pagrįstos asmenine chirurgo patirtimi, eksperimentais ir, tiesą sakant, daugybe bandymų ir klaidų. Nėra tiesioginio būdo žinoti, ar mes viską pagerinome, ar nežymūs mūsų technikos pokyčiai šiek tiek pakeis, ar ne.
Prieš planuojant įvaizdžiu pagrįstą chirurginį planavimą, chirurgai dirbo šiek tiek kaip laisvų rankų menininkai, apžvelgdami anatomiją ir tada nubrėždami operacijos planą, priduria Sharma.
Yoganathano ir jo kolegų sukurta programa sukuria trimatį kompiuterinį širdies modelį, naudodama duomenis iš vaiko magnetinio rezonanso tomografijos (MRT) nuskaitymo skirtingu širdies ciklo metu. Peržiūrėjęs vaizdus ir sudaręs keletą planų, chirurgas atsisėda prie kompiuterio ir manipuliuoja modeliu naudodamas įvesties įrenginius, kurie atrodo kaip skalpeliai, aiškina Yoganathanas.
Mes sukūrėme sistemą, kuri leidžia sugriebti geometrijas taip, tarsi laikytumėte jas rankose, o tada sukite, pasukti ir perkelti kaip trimačius modelius priešais save, sakoma pranešime. Jarekas Rossignacas , vienas iš sistemos kūrėjų ir Georgia Tech Kompiuterijos koledžo profesorius. Rezultatas – naujas trimatis modelis, atspindintis konkrečią chirurgo operacijos formą.
Naujasis anatomiškai modifikuotas trimatis modelis yra sklandžiai eksportuojamas ir sujungtas su skaičiavimo skysčių dinamikos analize (CFD). Naudojant CFD sukuriamas naujai sukonfigūruotos širdies kraujotakos modeliavimas, kurį chirurgas gali matyti ekrane. Sukūręs ir išbandęs kelis modelius, chirurgas gali nuspręsti, kuri operacija buvo optimali tam konkrečiam pacientui. Iki šiol penkių pacientų širdys buvo suprojektuotos ir išbandytos operacijai naudojant trimatį modelį.
Šiuo metu sistema naudojasi tik nedidelė tyrime dalyvaujančių chirurgų grupė. Yoganathanas sako, kad technologija yra paruošta naudoti nuo trejų iki penkerių metų, todėl vis dar reikia įveikti tam tikrus iššūkius. Pasak jo, srauto dinamika yra labai intensyvi kompiuteriu ir apima sudėtingas formules. Geometrijų pavertimas atgal į skaičiavimo tinklelius yra labai lėtas.
Šiuo metu kompiuterių inžinieriai turi chirurgams parengti projektą, o tada inžinieriai rankiniu būdu įvesti geometrijas. Tai labai sudėtingas procesas, sako Yoganathanas. Kuriame įrankius, kurie, nubrėžus geometriją, analizės skaičiavimo tinklelis būtų atliktas automatiškai, todėl inžinieriai nedalyvautų.
Taip pat nėra tikslių matematinių formulių anatominėms formoms, kurios yra organinės ir turi įdomių medžiagų ir savybių problemų, todėl mėgdžiojimas, kaip jos gali vystytis, yra naujų iššūkių rinkinys, aiškina Rossignac.
Tyrėjai nori pateikti patogią vartotojui žmogaus formos sąsajos technologija , kuri leistų chirurgams intuityviai ir efektyviai manipuliuoti formomis; šiuo metu chirurgams prireikia dviejų ar trijų valandų, kad manipuliuotų paciento širdimi pagal jų įsivaizduojamą konfigūraciją. Tačiau, pasak del Nido, šios formos redagavimo technologijos yra gana paprastos naudoti ir intuityvios visiems, kurie žaidė kompiuterinius žaidimus.
Galiausiai mokslininkai nori, kad programinė įranga pateiktų optimalų širdies problemos sprendimą.
Stenfordo universiteto grupė, vadovaujama Charlesas Tayloras , taip pat dirba su vaizdais pagrįstomis chirurginio planavimo sistemomis. Neseniai jo laboratorija atidarė Stenfordo ligoninės medicinos modeliavimo centrą, skirtą širdies ir kraujagyslių intervencijų chirurginiam planavimui vaikams, sergantiems įgimta širdies liga, ir suaugusiems, sergantiems ateroskleroze ir aneurizmomis.
Pasak Taylor, modeliavimu pagrįstas širdies ir kraujagyslių gydymo planavimas gali sumažinti sergamumą ir mirtingumą, sumažinti pakartotinių operacijų skaičių ir sutrumpinti laiką operacinėje.
Galų gale, vaizdu pagrįstas chirurginis planavimas turės didžiulį poveikį chirurginėms procedūroms, pagerindamas ne tik vaikų, bet ir suaugusiųjų gyvenimo kokybę, sako del Nido.