Автор(ы): Суетенков Д.Е., Мареев О.В., Мареев Г.О., Алайцев И.К., Данилова Т.В., Мантуров А.О.
Город: Саратов
Учреждение: ФГБОУ ВО "Саратовский ГМУ им. В.И. Разумовского" Минздрава России
Актуальность
Одной из важнейших проблем современного медицинского обучения является формирование у студентов необходимых практических навыков. Наиболее распространённым в настоящее время является применение различного рода фантомов для тренировки необходимых навыков владения хирургическими инструментами. Однако, фантомы обладают существенным недостатком – в ходе обучения они непоправимо повреждаются, в следствие чего требуется их постоянное обновление, что делает их применение весьма дорогостоящим. Кроме того, фантомы не позволяют стандартизировать обучение, не воспроизводят различные варианты анатомического строения.
Активное развитие науки и техники (особенно компьютерной графики и систем управления) позволяет перенести большую часть процесса обучения в виртуальную реальность (ВР). Традиционное обучение заменяется симуляционным курсом, в котором сложные хирургические манипуляции могут быть многократно выполнены в безопасном виртуальном пространстве.
В отработке навыков работы с костными и зубными структурами важнейшим вопросом оказываются тактильные ощущения хирурга. Работа производится при помощи бормашины с набором боров. Каждый бор, создает свои собственные ощущения от работы им, которые также зависят от обрабатываемой ткани, что чрезвычайно важно для хирурга. Современные средства ВР дают нам возможность тактильного взаимодействия с виртуальными предметами при помощи устройств, называемых «гаптиками» (haptics).
Результаты
Нами рассматривается аппаратно-программный комплекс ВР хирургического симулятора с тактильной обратной связью «ASCLEPIA». В рамках симулятора реализованы: возможность навигации в пространстве ВР с использованием гаптик-устройств; реалистичная визуализация; имитация сверления моделируемых объектов с использованием виртуальной бормашины с борами различного качества; работа двумя руками с использованием двух гаптик-устройств. В качестве исходных данных для создания заданий использовались томограммы высокого разрешения. Использование такого подхода позволяет создать обширную коллекцию заданий, причём анатомические особенности строения костных структур в заданиях будут различаться.
Выделение самих костных структур в томограммах является достаточно простой задачей. В разработанной нами системе возможно выделение до 16 вариаций различных тканей со своими свойствами. Симуляция взаимодействий с моделируемыми объектами в ВР производится с использованием воксельного представления как моделируемого объекта, представляющего собой модель какой-либо костной структуры, так и самого инструмента.
Не только свойства материалов оказывают влияние на характер взаимодействий бормашины и обрабатываемого объекта. Модель обработки материала бормашиной, разработанная авторами, позволяет создавать и использовать в задачах боры любой формы и размера, а также качества поверхности согласно ГОСТ Р ISO 6360-1-2012. Моделируемое таким образом поведение полностью соответствует реальному поведению бормашины.
Для обучения оториноларингологов используются специально созданные пакеты задач по хирургии уха и околоносовых пазух. Также, возможно использование пользовательских томограмм высокого разрешения для создания собственных учебных задач, удовлетворяющих нуждам пользователя. При этом реалистичное стереоскопическое изображение высокого качества позволяет обучающемуся хорошо разобраться в анатомическом строении височной кости или околоносовых пазух. Для построения моделей используются компьютерные томограммы височных костей и околоносовых пазух реальных пациентов, что дает неограниченные возможности в представлении различных анатомических вариантов и патологических типов строения.
В базовый пакет «Хирургия уха» в настоящее время входит 12 задач, подобранных таким образом, чтобы иллюстрировать различные варианты анатомии уха, включая склеротический тип строения височной кости, холестеатому при хроническом гнойном среднем отите, предлежание твердой мозговой оболочки и сигмовидного синуса. Каждая задача имеет выделенные структуры, такие как лицевой нерв, слуховые косточки, внутренняя сонная артерия, сигмовидный синус, твердая мозговая оболочка, лабиринт и т.п.В базовый пакет «Диссекция околоносовых пазух» входит 10 задач, подобранных таким образом, чтобы иллюстрировать различные варианты анатомии околоносовых пазух – варианты строяния решетчатого лабиринта, наличие фронтоэтмоидальных клеток, клеток Галлера и Оноди.
В стоматологии симулятор «ASCLEPIA» может быть использован для обучения терапии, эндодонтии, ортопедии и элементам челюстно-лицевой хирургии. В базовый пакет «Терапевтическая стоматология» входит 10 задач, подобранных таким образом, чтобы иллюстрировать различные варианты кариесного поражения зубов верхней и нижней челюсти. Каждая задача имеет выделенные структуры, такие как эмаль, дентин, пульпа зуба и т.п. В задачах используется полный набор боров по ISO и ГОСТ. Имитируются все типы наконечников бормашин – турбинные, электромоторы. В имеющихся задачах для стоматологов загружены 3 варианта зубного ряда: обе челюсти с открытым ртом, отдельно верхняя и нижняя челюсти; по поражениям зубного ряда возможна имитация всех видов кариеса по Блеку. Разрабатываются задачи по выполнению вмешательств из области ортодонтии – например, выполнении остеотомии нижней челюсти.
Выводы
Виртуальная диссекция височной кости и околоносовых пазух, а также имитации хирургических вмешательств на ухе и челюстно-лицевой области дают огромные возможности для обучения трехмерной пространственной анатомии черепа и основам хирургической оториноларингологии. Для обучения в курсе стоматологии симулятор также может быть широко использован в самых различных отраслях этой специальности. Динамичное развитие симулятор, прямой контакт с его разработчиками на территории России позволяют непрерывно совершенствовать систему и расширять область ее применения.
Глеб Мареев
Ваш комментарий будет первым!
Войти или зарегистрироваться, чтобы оставить комментарий.