211service.com
Övning ger färdighet
Kirurgen studerar ansiktet på en tonårspojke vars överkäke och kind förstördes av cancer för flera år sedan. Han lyfter sin högra handsklädda och pekar på ett område strax under ett av patientens ögon. Som genom ett trollslag uppträder ett snitt i pojkens kind, som avslöjar området med vävnad och ben som ska byggas upp igen. Pekar igen, kirurgen påbörjar en komplicerad procedur för att transplantera ben och vävnad från pojkens höft till hans ansikte.
Tidigare var plastikkirurger tvungna att vara på operationssalen för att prova sådana här ingrepp. Nu använder vissa ett experimentellt datorvisualiseringsverktyg som heter Immersive Workbench, utvecklat av forskare från Stanford University och NASA Ames Research Center, för att planera och träna svåra operationer. Programvaran kombinerar data från CT-skanningar, magnetiska resonansbilder och ultraljud för att skapa högupplösta bilder av enskilda patienter och visa dem i en virtuell miljö.
Den här historien var en del av vårt marsnummer 1998
- Se resten av frågan
- Prenumerera
Till skillnad från andra mjukvaruverktyg som utvecklats för att visualisera resultaten av plastikkirurgi, som förlitar sig på vanliga fysiska modeller av män och kvinnor, genererar Immersive Workbench bilder som visar specifika missbildningar eller skador hos vissa patienter. Den senaste prototypen av mjukvaran går längre och låter läkare som bär glasögon med spårslutare och speciella handskar testa specifika kirurgiska metoder i snabb följd för att se vilken som ger bäst resultat.
Hela idén är att kunna interagera med den virtuella miljön på samma sätt som man interagerar med en patient i verkligheten – på ett sätt som nästan inte kräver någon utbildning för användaren, säger projektledaren Dr Michael Stephanides vid Stanford Universitys avdelning av plastikkirurgi.
Projektet startade 1991, när Stanford-forskare började utveckla tvådimensionella grafiska renderingar av patienter från bilddata. För tre år sedan bad Stephanides NASA Ames att skapa sofistikerad programvara för att bygga tredimensionella patientporträtt från data som samlats in i CT-skanningar. Vid den tiden ägnade NASA Ames ingenjörer det mesta av sin tid åt att skapa visualiseringar av biologiska system för rymdrelaterade applikationer, men labbets samarbete med Stanford har lett till skapandet av NASA Ames Biocomputation Center, ett nytt nationellt centrum för forskning i virtuella miljöer för kirurgisk planering.
Plastikkirurgi erbjuder en särskilt rigorös utmaning för mjukvaruingenjörer och medicinska forskare som utvecklar verktyg för virtuell verklighet (VR), eftersom datoriserade renderingar av patienter måste se nästan exakt ut som de gör i den verkliga världen. Det är ingen liten uppgift att visa mänskliga kroppsdelar i den nödvändiga höga upplösningen, säger Kevin Montgomery, ledaren för NASA Ames-gruppen som deltar i detta projekt. Enligt Montgomery innehåller en 3D-rendering av ett mänskligt ansikte och huvud 8 miljoner små bildskivor som måste uppdateras med en hastighet av 10 bilder per sekund - behandlingskrav som närmar sig den teoretiska gränsen för nuvarande datorer; som ett resultat var NASA Ames-forskarna tvungna att hitta geniala sätt att kasta bort mycket av rådata från patientbilder. Icke desto mindre har Montgomerys grupp kunnat generera högupplösta bilder som beskriver så subtila egenskaper som små vävnadsryggar, intrycket av en ven under huden på en mänsklig hårbotten och de fina detaljerna i en patients inneröra.
Läkare har redan använt Immersive Workbench för att planera ett 15-tal operationer som involverar rekonstruktion av bendefekter i skelettet i ansiktet och skallen. Men Montgomery och Stephanides varnar för att verktyget fortfarande är i experimentstadiet. De förväntar sig klinisk driftsättning inom tre till fem år, när nästa generations processorer och grafikkort gör stationära datorer för $10 000 lika snabba och kraftfulla som de $100 000 grafiska arbetsstationer som nu behövs för att köra programvaran. Mellan nu och då hoppas forskarna kunna förbättra programmet genom att skapa ett mer intuitivt grafiskt användargränssnitt, avbilda virtuella kirurgiska instrument mer exakt och utveckla kapaciteten att uppdatera patientbilder i nästan realtid när läkare övar sina procedurer.
När hårdvarukostnader inte längre är en begränsande faktor, tror Stephanides att VR-teknologi kommer att ersätta nuvarande kirurgiska planeringsmetoder och bli ett viktigt verktyg för att utbilda läkare i medicinska skolor.