Virtual-Reality-Tool quantifiziert die Physik der Berührung eines Arztes

Virtual-Reality-Tool quantifiziert die Physik der Berührung eines Arztes
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Anonim

Zu den Vorteilen gehören eine schnellere Notfalldiagnose und ein effektiveres Intubationstraining

BUFFALO, N.Y. - Die Hände eines Arztes sind zwei der wichtigsten diagnostischen Werkzeuge, die er oder sie hat, da sie es dem Arzt ermöglichen, subtile Anzeichen einer Krankheit oder Verletzung zu erkennen, indem er einfach einen Patienten berührt.

Die Ausübung dieses Fachwissens erforderte immer die gleichzeitige Anwesenheit von zwei Personen im selben physischen Raum: Arzt und Patient.

Bis jetzt.

Forscher der University at Buffalo entwickeln ein System, das es Ärzten ermöglicht, eine neue Form der virtuellen Realität, die sogenannte physisch basierte VR, zu verwenden, um Informationen darüber zu speichern, was sie während einer Untersuchung fühlen.Diese Informationen stehen dann dem untersuchenden Arzt zu einem späteren Zeitpunkt oder konsultierenden Ärzten an einem anderen Ort zur Verfügung, sodass sie die Untersuchung so erleben können, als ob sie sie selbst durchgeführt hätten.

Sie werden vom 23. bis 24. Juli auf dem World Congress on Medical Physics and Biomedical Engineering in Chicago über den Fortschritt ihrer Arbeit berichten.

Mit diesem "Virtual Human Model for Medical Applications" tragen Ärzte während der Patientenuntersuchung einen individuell angepassten Virtual-Reality-Handschuh, der über Sensoren in den Fingerspitzen des Handschuhs Daten darüber sammelt, was der Arzt fühlt.

Thenkurussi Kesavadas, Ph.D., UB-Assistenzprofessor für Maschinenbau und Luft- und Raumfahrttechnik, Direktor des Virtual Reality Lab der Universität und Hauptforscher des Projekts, erklärte, dass es derzeit keine Möglichkeit gibt, dass ein Arzt an einem Der zweite Standort kann diese Erfahrung teilen, ohne den Patienten persönlich zu untersuchen.In sehr schweren Fällen – beispielsweise wenn bei einem Patienten die Diagnose in einem kleinen, ländlichen Krankenhaus gestellt wurde – muss der Patient möglicherweise in eine umfassendere medizinische Einrichtung geflogen werden, wo er oder sie persönlich untersucht werden kann.

Das VR-System, das an der UB entwickelt wird, könnte einige dieser kostspieligen, ganz zu schweigen von traumatischen Lufttransporten überflüssig machen.

"Die Verwendung unseres maßgeschneiderten Systems wird die derzeitige Methode der klinischen Palpation verbessern, indem sie von einer qualitativen in eine quantitative Untersuchung umgewandelt wird", sagte James Mayrose, wissenschaftlicher Assistenzprofessor in der UB-Abteilung für Notfallmedizin und Doktorand an der UB Abteilung für Maschinenbau und Luft- und Raumfahrttechnik, leitender Designer des Handschuhs und Mitforscher des Projekts.

Mayrose und medizinisches Fachpersonal in den UB-Abteilungen für Notfallmedizin und Radiologie führen im Erie County Medical Center Untersuchungen des Handschuhs mit menschlichen Probanden durch.

Die UB-Arbeit stellt eine Abkehr von der üblichen Route dar, die von Forschern eingeschlagen wird, die VR für den Einsatz in medizinischen Anwendungen untersuchen, stellte Kesavadas fest.

"Fast jeder, der sich gerade mit virtueller Medizin befasst, interessiert sich für chirurgische Anwendungen", sagte er.

Aber diese Anwendungen sind noch viele Jahre entfernt.

Kesavadas sieht keinen Grund zu warten, um die Vorteile von VR für die Diagnostik zu nutzen.

"Dieses System könnte die Bildgebung in der Medizin revolutionieren", sagte Anthony Billittier, M.D., medizinischer Direktor des Office of Prehospital Care am Erie County Medical Center und Co-Direktor des Center for Transportation des Calspan-UB Research Center Injury Research (CenTIR), das die Arbeit finanziert.

Billittier freut sich besonders über die Erstellung einer Informationsdatenbank durch die UB-Forscher, die die biomechanischen Eigenschaften von Weichgewebe unter verschiedenen Bedingungen genau beschreibt.

"Im Moment, wenn ein Patient einen Autounfall hatte und zum Beispiel Bauchschmerzen hat, können wir im Schockraum Ultraschall verwenden, um uns zu sagen, ob Flüssigkeit im Bauch ist ", erklärte Billittier, " aber wir können nicht wirklich sagen, warum – ist es eine zerschmetterte Milz oder eine zerrissene Leber?Eine Datenbank mit Informationen darin, die uns sagen könnte, dass, nur basierend auf der Konsistenz dessen, was der Arzt fühlt, es den Chirurgen ermöglichen könnte, richtig zu handeln in den Operationssaal, ohne einen CAT-Scan erh alten zu müssen.Es könnte Zeit sparen und bei vielen Verletzungen ist das absolut entscheidend."

Die UB-Forschungsgruppe modelliert am Computer das Weichgewebe und die Organe des menschlichen Abdomens, indem sie eine atomare Modellierung verwendet, die menschliches Gewebe in Stücke zerlegt, die nicht größer als 8 mm sind.

Das System verwendet als Rohmaterial das von den National Institutes of He alth entwickelte Visible Human Data Set, das vollständige, digitalisierte Datensätze des menschlichen Körpers enthält.

Mithilfe eines sehr leistungsfähigen Grafikcomputers "superabtasten" die Forscher immer kleinere Abschnitte des Datensatzes für einen bestimmten Körperteil oder ein bestimmtes Organ, wodurch sie immer detailliertere Bilder von jedem einzelnen erh alten und immer komplexere Gleichungen entwickeln können darüber, wie jeder winzige Abschnitt auf aufgebrachte Kräfte reagiert. Sie erstellen dann Schichten dieser Abschnitte und bauen die Sammlung von Samples nach und nach zur vollständigen Orgel auf.

"Unser großer Beitrag ist, dass wir Algorithmen schreiben, um zu modellieren, wie sich Weichgewebe als echte Masse verformt, anstatt nur als Oberfläche, was viele Gruppen derzeit tun.Niemand sonst macht das in Echtzeit“, sagte Kevin Chugh, ein UB-Doktorand in Informatik, der Co-Autor der Forschung ist.

"Wir werden in der Lage sein, das Modell mit einem haptischen Fingerhut - dem physikalisch basierten VR-Pendant einer Computermaus - auf dem Bildschirm zu berühren, die "Kraft" über ein "haptisches" Feedback-System anzuwenden und zu zeigen, wie es sich verformt und prallt dann zurück, wenn die Kraft zurückgezogen wird."

Die Arbeit basiert auf einem soliden Verständnis der Physik hinter dem, was passiert, wenn Druck auf verschiedene Teile des menschlichen Körpers ausgeübt wird.

"Während der Arzt einen Patienten palpiert, nimmt der Computer - durch den VR-Handschuh - alle Informationen darüber auf, welche anatomischen Kraftmerkmale der Finger des Arztes fühlt", sagte Kesavadas.

Er stellte fest, dass nur eine Handvoll Gruppen in den USA Modellierungen von Atomeinheiten für eine interaktive VR-Umgebung durchführen.

Das System wird Notdienst-, Militär- und Schlachtfeldanwendungen haben.

UBs virtuelles menschliches Modell könnte auch die Ausbildung neuer Ärzte in einem der beeindruckendsten medizinischen Verfahren verbessern, das sie lernen müssen - der Intubation.

"Intubation ist eine sehr heikle Prozedur", sagte Billittier. „Dabei geht es darum, einem Patienten einen Plastikschlauch in die Atemwege oder die Luftröhre zu stecken, wenn der Patient möglicherweise nicht atmet oder einen Schock hat.“

Er wies darauf hin, dass Medizinstudenten und Rettungssanitäter jetzt die Mechanik des Verfahrens zuerst an einer Puppe lernen - die nicht sehr naturgetreu ist - und dann mit sehr unterschiedlichem Erfolg zu echten Patienten wechseln engmaschige Überwachung durch einen erfahrenen Arzt.

Ein computergestützter VR-Simulator für die Intubation auf der Grundlage von Informationen, die für die Virtual Human Model-Datenbank gesammelt werden, wäre ein echter Segen, sagte Billittier, der mit der Gruppe von Kesavadas an der Entwicklung eines solchen arbeitet. Ein solches System könnte eine visuelle Rückmeldung echter Atemwege liefern, während der Student den Tubus in den simulierten Patienten auf dem Bildschirm manövriert; Die Simulation würde dem Schüler die richtige taktile oder Druckrückmeldung liefern, die durch die haptische Schnittstelle gefühlt wird.

Kesavadas schätzt, dass das Forschungsteam ein solches System innerhalb von ein paar Jahren entwickeln könnte.

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