Реалистичная визуализация для тренажера по проведению операций открытого типа Текст научной статьи по специальности «Ветеринарные науки»

чаев соответственно. Кроме того, неблагоприятный исход был отмечен при повреждении I степени в 1 (1,8%) наблюдении. При анализе летальности у пострадавших с ТАР с учетом степени повреждения печени по E. Moore и данных шкалы ВПХ-П неблагоприятный исход был отмечен у пострадавших с I степенью повреждения печени по классификации E. Moore при повреждениях средней тяжести в I группе в 6,7% (1) наблюдении. У пострадавших с тяжелыми повреждениями летальные случаи наблюдались при ранениях печени II и III степени по классификации E.Moore - в 6,7% (1) и 28,6% (2) случаях соответственно. При крайне тяжелых повреждениях летальные случаи наблюдались при ранениях печени II и V степени по классификации E.Moore - в 100% (1) и 66,7% (2) случаях соответственно.

Основной причиной смерти была острая массивная кровопотеря - в 4 (7,1%) наблюдениях. Гнойно-септические осложнения, как причина неблагоприятного исхода, были отмечены в 1 (1,8%) случае, и в 2 (3,6%) наблюдениях причиной смерти явилась тромбоэмболия легочной артерии.

Ключевые слова: торако-абдоминальные ранения, повреждение печени, диагностика, лечение.

Key words: thoracoabdominal injuries, liver damage, diagnosis and treatment.

С.В. Стрелков1, А.С. Клыгач1, С.А. Варзин1'2, О.Е. Пискун1, В.М. Иванов1

РЕАЛИСТИЧНАЯ ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ДЛЯ ТРЕНАЖЕРА ПО ПРОВЕДЕНИЮ ОПЕРАЦИЙ ОТКРЫТОГО ТИПА14

1 Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого; 2Санкт-Петербургский государственный университет

В разработке современных тренажеров по хирургии одним из ключевых аспектов является то, на сколько правдоподобно будет представлена виртуальная модель, а именно сам процесс визуализации. Данная статья описывает подход к создание графической модели открытой операции по удалению аппендицита.

14 Strelkov S. V., A. S. Klikach, S. A. Varzin, V. M. Ivanov Realistic visualization for mission operations open type / Saint-Petersburg state Polytechnic University named Peter Great; Saint-Petersburg state University.

Эта технология применятся в тренажере для открытой хирургии с тактильным интерфейсом, который сейчас разрабатывается в Санкт-Петербу-ргском университете Петра Великого на кафедре «Инженерная графика и дизайн». Для визуализации в реальном времени, когда изображение пересчитывается на компьютере с частотой не менее 24 кадров в секунду, очень важна скорость просчета каждого кадра. Для этих целей 3d модель сцены операционной была оптимизирована таким образом, чтобы сократить нагрузку на графический и центральный процессор, оставляя вычислительные ресурсы для просчета физики и динамики мягких тел. При этом сцена должна быть реалистичной насколько это возможно, и нужно уделить особое внимание к процессу оптимизации, чтобы сохранить детали формы и текстур.

Для того чтобы достичь этого было решено использовать подход, который широко распространен в индустрии современных компьютерных игр, где каждый этап разработки разбит на стадии: создание модели с высокой детализацией, ретопология (оптимизация структуры полигональной сетки модели), создание карт нормалей и текстур. Такое решение позволяет сохранить большое количество деталей, используя упрощенную низко полигональную модель. Условно 3d модель операционной сцены можно разделить на несколько основных объектов: фоновая ткань, хирургические инструменты и сама модель аппендицита.

Для создания модели ткани было принято решения использовать метод физической симуляции ткани для моделирования складок на ткани. Наиболее оптимальным программным решением для этой задачи является Marvelous Designer, которое обычно используется для создания одежды, но это ПО также имеет мощную систему симуляции для моделирования ткани в реальном времени, захватывая ткань за определенные точки и перемещая их в пространстве. Это позволяет буквально «вылепить» форму складок. После этого использовался алгоритм оптимизации 3d модели Decimation master, который встроен в программный комплект Pixologic Zbrush (рис.1). Следующий этап текстурирования — создания материала ткани, технически был реализован достаточно просто и представлял собой модель из двух материалов: текстуры ткани и следов крови. После всего был применен метод «запекания текстур» к имеющейся модели. Это позволяет выявить фактуру ткани и добавляет реалистичные тени без использования сложных алгоритмов просчета в процессе визуализации в реальном времени (рис.2).

Рис. 1. 3d модель ткани из Marvelous Designer —630 000 полигонов (слева) и оптимизированная версия — 21 800 полигонов(справа).

Рис. 2. Текстура ткани (слева) и ткань после «запекания текстур» (справа).

Модель аппендицита была сделана на основе фото и видео материалов операции аппендэктомии. Для этой модели была также сделана высоко -детализированная версия, к которой потом применялась ретопология для оптимизации, а не автоматический алгоритм Decimation master. Это связано с тем, что в дальнейшем эта модель будет использоваться для симуляции надрезов и наложения швов. После ретопологии дополнительные детали формы были сохранены используя карты нормалей(Рис.3), а сама текстура сделана в ПО Foundry Mari. Эта программа позволяет рисовать текстуру сразу по 3d модели и проецировать различные фото-изображения на объект.

Хирургические инструменты создавались сразу низко полигональными. Это связано с тем, что такие объекты не имеют сложных деталей формы. Для того чтобы сделать модели более реалистичными и сформировать металлические блики на гранях моделей, было решено добавить скос на ребрах геометрии.

Рис. 3. Сравнение 3dмодели аппендицита. Без карты нормалей (слева)

и с картой нормалей (справа).

Это не сильно увеличило количество полигонов для просчета, но значительно повысило реалистичной общей модели. Как результат каждый инструмент имеет не больше 2000 полигонов и весь комплект инструментов состоит из 10 000 плоскостей (рис.4).

После создания всех элементов сцены операции, эти модели были загружены в графический движок и используя созданные ранее текстуры были написаны специальные вершинные и пиксельные шейдеры для передачи точной физической модели материалов объектов. Финальный результат состоит из сборки всех элементов и представлен на рисунке 5.

Рис. 4. 3dмодели инструментов, которые были созданы для тренажера.

Рис. 5. Вид различных стадий операции по удалению червеобразного отростка.

Ключевые слова: компьютерное моделирование, хирургия, обучение хирургов, хирургическая операция, операция открытого типа, визуализация, тренажер.

Key words: computer simulation, surgery, training of surgeons, surgery, surgery of the open type, rendering the simulator.

Чепцов Р.О., Протасов А.А., Шатиль М.А., Малин Р.У.

СИСТЕМНАЯ ЭНЗИМОТЕРАПИЯ В ПРОФИЛАКТИКЕ ПОСЛЕОПЕРАЦИОННЫХ ОСЛОЖНЕНИЙ ПРИ ВЫСОКИХ АМПУТАЦИЯХ НИЖНИХ КОНЕЧНОСТЕЙ.

РЕАКЦИЯ ЦИТОКИНОВ

Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет им. акад. И.П. Павлова, кафедра общей хирургии с клиникой

Введение. Чаще всего причиной ампутаций нижних конечностей является критическая ишемия и в той или иной степени распространённый некроз конёчно-сти или распространённый воспалительный процесс у больных с синдромом диабетической стопы.