CC BY
0МРТ, 3D-CKaH^0BaH^ реального анатомического и операционного материала человеческого тела. Это позволило построить 3D-модель человеческого тела, не имеющую современных аналогов по полноте и достоверности.
Создан 3D-анатомический стол - программно-аппаратный комплекс в виде анатомического препаровочного стола с возможностью интерактивной работы с трехмерной моделью человеческого тела для использования в качестве визуального обучающего материала в широком кругу естественно-научных дисциплин, таких как анатомия, патологическая анатомия, оперативная хирургия, рентгенология и т.д.).
Также на кафедре разработаны уникальные инновационные образовательные продукты: компьютерная программа «2D- Виртуальный хирург», 3D-практикум хирургических инструментов и другие.
На данный момент ведется проект по созданию средств разработки программного обеспечения, которые позволят специалистам по информационным технологиям в медицине, работающим в вузах, клиниках, исследовательских центрах, самостоятельно формировать, а также модифицировать существующее программное обеспечение в существующих тренажерах по эндоваскулярной и эндоскопической хирургии, в частности, входящих в состав АПК «3D-Виртуальный хирург» и высокореалистичного 3D - атласа человеческого тела «Inbody Anatomy», самостоятельно адаптировать их для собственных обучающих программ, создавать и применять при подготовке врачей всё имеющееся разнообразие авторских методик диагностики и лечения, учитывать недостаточное количество стандартизированных методик образования студентов и слушателей последипломного образования, разнообразие применяемого оборудования, инструментов и медикаментов и их различие в разных странах.
В направлении развития технологий дополненной реальности разработан проект «Автоплан» - система автоматического контроля и планирования выполнения операций. Целью проекта является создание модульной системы, позволяющей производить планирование операций на персонифицированных трехмерных моделях, полученных в ходе томографического исследования, а также системы помощи принятия решения о тактике операции с использованием системы дополненной реальности. В результате выполнения проекта получен аппаратно-программный комплекс, позволяющий выводить непосредственно во время операции дополнительные данные конкретного пациента (КТ, МРТ, УЗИ, пульс, давление и т.п.) и осуществлять привязку к конкретному органу. Таким образом, хирург может иметь возможность увидеть реконструкцию внутренних структур человека с привязкой к конкретной части тела без рассечения мягких тканей. Данная технология позволяет значительно снизить риск ятрогенных повреждений, что в свою очередь приводит к снижению количества интра- и постоперационных осложнений. К тому же система позволяет сократить сроки выполнения оперативного вмешательства и способствует более высокому качеству выполнения операций.
Ведется проект «Разработка технологии автоматического построения полигональной модели на основе данных формата DICOM для диагностики в медицинской практике». Целью работ является создание высокотехнологичной программной платформы 3D моделирования для применения в медицинских аппаратно-программных комплексах. Технология позволит получать полноценные полигональные модели непосредственно из облака точек (как сейчас выдают данные все диагностические устройства). Благодаря полигональной модели появится возможность более удобной и точной работы с диагностическими данными. Появятся дополнительные возможности по визуализации процессов (сердцебиение, сокращение сосудов, дыхание, работа мышц и т.п.). Все это позволит повысить точность диагностики заболеваний. Дополнительно полигональная модель уменьшает затраты мощностей ЭВМ для работы с диагностическими данными, дает возможность применения планшетных устройств для проведения профессиональной диагностики. В свою очередь полигональная модель может
быть использована для автоматической загрузки в разнообразные образовательные модули как Российского, так и зарубежного производства.
Результаты и их обсуждение. Разработанный 3D атлас позволяет изучить и анатомический слой целиком, и отдельные объекты системы, включая взаимосвязь органов и систем человеческого тела. На основе данной модели построен программно-аппаратный комплекс для виртуальной работы с трехмерной моделью человеческого тела - интерактивный анатомический стол «Пирогов». Он существенно расширяет сферу применения обучающего материала за счет предоставления дополнительных функций: возможность сравнения различных анатомических объектов между собой (включая норму и патологию), изучения дополнительных диагностических материалов (данные КТ, МРТ, УЗИ). Использование интерактивного анатомического атласа позволяет выстроить полный цикл обучения от визуального знакомства с анатомическим материалом и получения текстовой информации до проверки качества полученных знаний и автоматической обработки результатов. Опыт научно-исследовательской работы в сфере информационных и вычислительных технологий в медицине позволяет нам предложить совершенно новые революционные принципы исследования и синтеза полученных диагностических данных не только в сфере медицинского образования - изучении анатомии, но ив морфологических исследованиях. В результате выполнения проекта Минпромторга РФ «Автоплан» мы используем персонифицированные данные анатомии реального пациента для построения трёхмерных высокоточных моделей с последующей морфометрией.
Движение современной хирургии в технологии малоинвазивной хирургии невозможно без применения хирургической навигации [1]. Интраоперационная навигация полностью бесполезна без персонифицированных многослойных данных anatomía in silico.
Алгоритмы, на которые будут зарегистрированы патенты могут коммерциализироваться путем предоставления неисключительной лицензии на право их применения при разработке программного обеспечения третьими лицами.
Полученные при выполнении проекта результаты работ найдут свое применение для:
- создания программных модулей для встраивания в медицинские информационные системы (МИС) с помощью которых лечащий врач может планировать хирургические вмешательства и проводить индивидуальных анализ на основе данных, собранных для конкретного пациента;
- создания приборов диагностики в полевых условиях для пользователей с низкой медицинской квалификацией;
- работа по планированию оперативного вмешательства с использованием трехмерной реконструкции;
- создание профессиональных диагностических аппаратно-программных комплексов (КТ, МРТ, рентгенаппараты) нового поколения с элементами дополненной реальности.
Полученный задел и результаты интеллектуальной деятельности позволят значительно продвинуться в технологиях обработки изображения и выполнения последующей реконструкции.
Заключение. Виртуальное моделирование способствует прочному усвоению знаний о морфологических структурах организма человека и процессах, происходящих в них. Выводит на более высокий качественный уровень изучение всех разделов классической и клинической анатомии с привлечением интраскопических методов исследования человека. Вычислительная анатомия или anatomía in silico - это новое направление в разделе морфологии человека. Она позволяет решить задачу, которую ставит перед врачом современная медицина - знать детально трехмерную топологию органов и тканей конкретного пациента, с целью адекватного воздействия на человеческий организм в процессе лечения.
Современные научные подходы в обработке любой информации, в том числе и морфологической, позволяют накапливать, структурировать огромные и самые разнообразные (учебные и научно-исследовательские) массивы информации, статистически анализировать их и производить быстрый поиск.
Морфология человека становится одной из наиболее актуальных дисциплин, бурно развивающейся и неразрывно связанная с фундаментальным изучением строения человека, важнейшим итогом которого является именно возможность практического применения клинико-анатомических знаний.
На базе СамГМУ под курацией кафедры оперативной хирургии организована виртуальная хирургическая клиника, совмещающая инновационные разработки кафедры в сфере симуляционных технологий и технологий дополненной реальности. Обучение в виртуальной хирургической клинике позволяет будущим врачам познакомиться с устройством реальной клиники от приемного покоя до операционной, проводить манипуляции и операции на 3D-симуляторах и тренажерах без риска причинения вреда реальным больным.
Использование современных технологий должно сформировать новые стандарты преподавания в медицинских ВУЗах и повысить его качество. Молодой специалист, прошедший курс обучения в виртуальной хирургической клинике, будет увереннее чувствовать себя в реальной операционной и, соответственно, сможет лучше выполнить операцию.
ЛИТЕРАТУРА
1.Kolsanov A.V., Nazaryan A.K., B.I. Yaremin B.I. and others. Virtual technologies in human clinical anatomy: a new era of morphological science and practice. // Morphological statements: International morphological journal. - 2012. - N 3. - P. 30-34. - ISSN 1812-3171
[Колсанов А.В., Назарян А.К., Б. И. Яремин Б.И. и др. Виртуальные технологии в клинической анатомии человека: новая эра морфологической науки и практики. // Морфологические ведомости: Международный морфологический журнал. - 2012. - N 3. - С. 30-34 . - ISSN 18123171]
2. Fomin N. F. Anatomy of Pirogov // St. Petersburg: VMedA. - 2004. - T. 88. [Фомин Н. Ф. Анатомия Пирогова //СПб.: ВМедА. - 2004. - Т. 88.]
3.Beg M. F. et al. Computational anatomy: Computing metrics on anatomical shapes //Biomedical Imaging, 2002. Proceedings. 2002 IEEE International Symposium on. - IEEE, 2002. - С. 341-344.
4. Kolsanov A.V., Tolstov A.V., Voronin A.S. Morphological features of the healing of skin defects when using wound phytocoverings in an experiment // Morphology. - 2012. - No. 3, volume 141. -p. 80.
[Колсанов А.В., Толстов А.В., Воронин А.С. Морфологические особенности заживления дефектов кожного покрова при применении раневых фитопокрытий в эксперименте // Морфология . - 2012. - № 3, том 141. -с. 80.]
5. Kolsanov A.V., Yunusov R.R., Yaremin B.I., Chaplygin S.S., Voronin A.S., Grachev B.D., Dubinin A.A., Nazaryan A.K. Development and implementation of modern medical technologies in the medical education system // Doctor-graduate student, 2012. - No. 2.4 (51) - p. 584 - 588 [Колсанов А.В., Юнусов Р.Р., Яремин Б.И., Чаплыгин С.С., Воронин А.С., Грачев Б.Д., Дубинин А.А., Назарян А.К. Разработка и внедрение современных медицинских технологий в систему медицинского образования // Врач-аспирант, 2012. - № 2.4 (51) - с. 584 - 588.]
6. Kolsanov A.V., Nazaryan A.K., Yaremin B.I., S.S. Chaplygin, R.R. Yunusov Variant anatomy of the internal iliac artery and its visualization using three-dimensional modeling // Fundamental Research. 2013. No. 9-2. pp. 247-251
[Колсанов А. В., Назарян А. К., Яремин Б. И., С.С. Чаплыгин, Р.Р. Юнусов Вариантная анатомия внутренней подвздошной артерии и ее визуализация методом трехмерного моделирования // Фундаментальные исследования. 2013. № 9-2. С. 247-251.]
7. Denisov I.N. Medical education: the situation today and ways to improve the training of doctors // Doctor. 2004. - No. 4. - P.4-7.
[Денисов И.Н. Медицинское образование: ситуация сегодня и пути совершенствования подготовки врачей // Врач. 2004. - №4. - С.4-7.]
8. Kolb A., Cuntz N. Dynamic particle coupling for GPU-based fluid simulation // In Proceedings of the 18th Symposium on Simulation Techniques, 2005. P 722 - 727
9. Tolstov A.V. Improving methods of diagnosis, prevention and treatment of generalized infection in severely burned patients // Abstract. diss. Doctor of Medical Sciences/ Saratov State Medical University. Saratov, 2009.
[Толстов А.В. Совершенствование методов диагностики, профилактики и лечения генерализованной инфекции у тяжелообожженных//Автореф. дисс. д.м.н./ Саратовский государственный медицинский университет. Саратов, 2009.]
10. Vorobyov A.A. Studying clinical anatomy and mastering manual skills in the light of new information technologies (about the desired additions to the educational process at the departments of operative surgery and topographic anatomy) // Medical education and professional development. 2011. 2(4). P. 69-73.
[Воробьёв А.А. Изучение клинической анатомии и освоение мануальных умений в свете новых информационных технологий (о желаемых дополнениях в учебный процесс на кафедрах оперативной хирургии и топографической анатомии) // Медицинское образование и профессиональное развитие. 2011. 2(4). С. 69-73.]
