واقعیت مجازی (VR) به عنوان یک ابزار قدرتمند در پزشکی ظهور کرده است، فراتر از سرگرمی به محیط های بالینی و مهندسی با ایجاد محیط های دیجیتال سه بعدی، VR اجازه می دهد تا جراحان و مهندسان دستگاه با دقیق ترین مدل های آناتومی و نمونه های دستگاه به شیوه ای که قبلا غیر ممکن بود تعامل کنند، این تکنولوژی در حال حاضر برای پیش از برنامه ریزی عمل محور است - که در آن بهبود دقت جراحی و خطرات - که سرعت آزمایش های پزشکی و مواد اولیه آن را افزایش می دهد.

بنیاد فنی: چگونه VR شبیه سازی های پزشکی-Grade را ایجاد می کند

در هسته آن، VR برای استفاده پزشکی متکی به تبدیل داده های تصویربرداری خاص بیمار است – مانند CT، MRI و اسکن های سونوگرافی – در مدل های تعاملی 3D، این فرایند که به عنوان تقسیم بندی تصویر پزشکی شناخته می شود، شامل جدا کردن ساختارهای آناتومیکی مانند استخوان ها، عروق خونی، تومورها و اندام ها از بافت های اطراف است. الگوریتم های پیشرفته و ابزارهای یادگیری عمیق می توانند بسیاری از این کار را خودکار کنند، تولید دوقلوهای دیجیتال را در داخل یک سیستم آناتومی بیمار انجام دهند، که آنها مشاهده می توانند آن ها را دستکاری کنند.

برای تست دستگاه، مهندسان نمونه های مجازی را با استفاده از نرم افزار طراحی کامپیوتری (CAD) و واردات آنها به همان محیط VR، کاربر - چه یک جراح، یک مهندس زیست پزشکی یا یک متخصص نظارتی - می تواند انتخاب، بررسی، و عمل دستگاه تقریبا می تواند احساسات لمسی دستکاری بافت یا استقرار یک لایه برشی، اضافه کردن یک شبیه سازی واقعی به آن را شبیه سازی کند.

برنامه ریزی پیش از عمل با واقعیت مجازی

برنامه ریزی پیش از عمل همیشه بر تصویربرداری 2D و بازسازی ذهنی تکیه دارد. VR جایگزین می کند که حدس زدن با کاوش مستقیم و همه جانبه. جراحان با استفاده از VR می تواند تقریباً "پرواز" سیستم عروق بیمار، بررسی زاویه شکستگی استخوان، یا برنامه ریزی مسیر بهینه برای حذف تومور.این رویکرد در سراسر جراحی های مختلف، از جمله جراحی قلب، جراحی، جراحی، جراحی، جراحی و یا جراحی، و یا جراحی، و جراحی و جراحی و جراحی و جراحی و جراحی و جراحی و جراحی اوپاتیکوپاتیک، و جراحی و جراحی و جراحی، و جراحی، و جراحی او.

مطالعه موردی: Neurocur

در جراحی عصبی، برنامه VR به جراحان اجازه می دهد تا آناتومی پیچیده مغز را در اطراف تومور بررسی کنند.آنها می توانند داده های MRI عملکردی را برای شناسایی مناطق قشر روان شناسی که باید حفظ شوند، با تمرین مجدد رویکرد در VR، تیم جراحی می تواند خطر آسیب به ساختارهای بحرانی را به حداقل برساند و زمان مورد نیاز در مطالعات بی هوش را کوتاه کند.

مطالعه موردی: جراحی ارتوپدی

برای جایگزینی مفصل و جراحی نخاع، VR قادر به دقیق سازی و قرار دادن ایمپلنت ها می کند. جراحان می توانند پیکربندی های مختلف ایمپلنت را تقریباً، تنظیم تراز و بدون نیاز به مدل های فیزیکی آزمایش کنند.این به ویژه برای بیماران دارای آناتومی غیر عادی، مانند تجزیه شدید یا سخت افزار قبلی، یک بررسی سیستماتیک منتشر شده در JIR] پزشکی انفورماتیک [F1] که به معنای کاهش زمان خاصی از قبل از VR یا به معنای کاهش زمان خاصی از زمان برنامه ریزی.

مزایای VR در برنامه ریزی قبل از عمل

  • تجسم ساختار پیچیده - مدل های 3D عمق و روابط فضایی را نشان می دهند که برش های 2D نمی توانند انتقال دهند.
  • بهبود دقت جراحی - RePsychsal در VR کمک می کند تا نقاط ورود بهینه و مسیرهای، کاهش تنظیمات داخل عمل را شناسایی کنید.
  • ] کاهش خطر عوارض [FLT 1 ] - چالش های پیش بینی مانند زوایای دشوار یا کشتی های شکننده اجازه می دهد تا برای استراتژی های فعال.
  • ارتباط بهتر بیمار - جراحان می توانند راه رفتن بصری از طریق جراحی برنامه ریزی شده خود را نشان دهند، بهبود رضایت آگاهانه و اعتماد.

تست دستگاه پزشکی با استفاده از واقعیت مجازی

توسعه دستگاه های پزشکی جدید - از کاتتر ها و stent ها تا ربات های جراحی و سنسورهای قابل ایمپلنت - سنتی شامل نمونه سازی فیزیکی و تست های حیوانی یا کپسوله ای است. VR برخی از این مراحل را تقویت یا جایگزین می کند، ارائه سریع تر، ارزان تر و بیشتر مهندسین جایگزین می تواند یک طراحی دستگاه را به شبیه سازی آناتومی انسان وارد کند و عملکرد واقعی آن را مشاهده کند.

تشخیص اولیه طراحی Flaws

شبیه سازی VR اجازه می دهد تا تست تراز دستگاه، انعطاف پذیری و تعامل با بافت قبل از سرمایه گذاری در ابزار گران قیمت، به عنوان مثال، یک شرکت در حال توسعه یک استورکول جدید می تواند شبیه سازی استقرار در یک مدل قوسی خاص بیمار - اگر این مشکل نمی تواند مطابق با انحنا یا خویشاوند در یک نقطه بحرانی، طراحی می تواند اصلاح دیجیتال - صرفه جویی در هفته های آزمایشگاهی و تست ماشینکاری.

عوامل انسانی و تست ارگونومیک

قابلیت استفاده از دستگاه عامل مهمی در ترخیص FDA است. VR می تواند محیط فیزیکی یک اتاق عامل را شبیه سازی کند، با حرکات دستی، بینایی و فشار زمان تکمیل شود. توسعه دهندگان می توانند تست های قابلیت استفاده مجازی را با کاربران نمایندگی (مسلمان، پرستاران) برای ارزیابی کنترل چنگ، قرار دادن دکمه و کلی ارگونومی انجام دهند.این به شناسایی مسائل در اوایل، قبل از شروع کارآزمایی های بالینی کمک می کند.

گواهی تایید مقررات شتاب

بدن های نظارتی مانند FDA VR را به عنوان یک ابزار معتبر برای جمع آوری شواهد در حمایت از برنامه های کاربردی دستگاه شناخته اند.در برخی موارد، تست مجازی می تواند جایگزین نیمکت یا آزمایش حیوانات برای پارامترهای خاص شود. کنسرسیوم نوآوری دستگاه پزشکی FDA در آزمایش های silico به عنوان یک منطقه اولویت برجسته شده است تا زمان و هزینه آوردن دستگاه های امن به بازار کاهش یابد.

مزایای VR در تست دستگاه

  • ارزیابی نمونه اولیه موثر [FLT 1] - حذف هزینه های مواد برای مدل های فیزیکی اولیه.
  • چرخه های تکرار [FLT 1] - تغییرات طراحی را می توان در ساعت ها به جای روز آزمایش کرد.
  • ارگونومی و عملکرد دستگاه بهبود یافته [FLT 1] - عملکرد تحت شرایط بالینی شبیه سازی شده به طور کامل ارزیابی می شود.
  • ایمنی از طریق شبیه سازی های مجازی [FLT 1] - حالت های شکست یا شکست پرخطر را می توان بدون آسیب بیمار بررسی کرد.

ادغام VR با دیگر تکنولوژی های دیجیتال

VR در انزوا کار نمی کند. موثرترین پیاده سازی ها آن را با هوش مصنوعی (AI)، یادگیری ماشین و چاپ 3D ترکیب می کند. AI می تواند تقسیم بندی خودکار و پیشنهاد الگوریتم های یادگیری ماشین را پیشنهاد کند که می توانند نتایج جراحی را بر اساس داده های تمرین VR پیش بینی کنند و چاپ 3D از مدل های فیزیکی از VR اجازه می دهد تا برای تست های هیبریدی - جایی که بینش های دیجیتال بر روی نمونه اولیه ملموس تأیید شده اند، این روش های جدید و ترکیبی VR را به کار می رسانند.

یکی دیگر از روند در حال ظهور استفاده از واقعیت افزوده (AR) بیش از حد در طول عمل جراحی واقعی، که ارائه راهنمایی زمان واقعی بر اساس برنامه ریزی قبل از عمل VR در این جریان کار، برنامه VR تبدیل به مرجع برای یک صفحه نمایش AR، اجازه می دهد جراحان به دیدن ساختارهای بحرانی برجسته شده از طریق بدن بیمار این ترکیب و هدایت شده در عمل جراحی هدایت شده بعدی.

چالش ها و محدودیت ها

علی رغم وعده های آن، پذیرش VR در مراقبت های بهداشتی با موانع مواجه است.سرمایه گذاری اولیه در سخت افزار و نرم افزار می تواند قابل توجه باشد. بالا-fidelity پزشکی VR نیاز به محاسبات قدرتمند و هدست با وضوح بالا دارد که ممکن است در بیمارستان های کوچکتر یا کشورهای در حال توسعه قابل دسترسی نباشد، ایجاد مدل های خاص بیمار - اغلب یک مهندس پزشکی اختصاصی - که می تواند داده های تصویربرداری را پردازش کند و شبیه سازی را اجرا کند.

راحتی کاربر یکی دیگر از نگرانی ها است: اقلیتی از افراد در طول جلسات طولانی VR دچار بیماری حرکتی یا خستگی چشم می شوند، در حالی که این امر با هدست های مدرن و نرخ فریم بهینه شده کمتر رایج است، اما هنوز هم مانعی برای پذیرش گسترده است: هیچ فرمت فایل جهانی یا اندازه گیری کیفیت برای مدل های پزشکی VR وجود ندارد، و آن را دشوار به مقایسه مطالعات و یا به اشتراک گذاری مدل ها در سراسر.

در نهایت، مسیر تنظیمی برنامه ریزی و آزمایش مبتنی بر VR هنوز در حال تکامل است، در حالی که FDA هدایت مدل سازی محاسباتی را به عنوان یک دستگاه پزشکی صادر کرده است، بسیاری از ابزارهای VR که برای برنامه ریزی به عنوان دستگاه های پزشکی طبقه بندی شده اند، نیاز به ترخیص دارند.

مسیر های آینده

انتظار می رود که VR در مراقبت های بهداشتی شخصی تر، مشارکتی و هوشمند تر شود.سیستم عامل های VR مبتنی بر ابر به تیم های جراحی از امکانات مختلف اجازه می دهد تا یک روش را در زمان واقعی با هم برنامه ریزی کنند. ردیابی حرکت پیشرفته و ردیابی چشم، داده های غنی تر برای تست قابلیت استفاده را فراهم می کند و به عنوان بهبود هوش مصنوعی عمومی، ممکن است به زودی شبیه سازی نه فقط آناتومی استاتیک، بلکه فرایندهای پویا خون، انتقال بافت، یا خرابی زمان، و یا زمان.

استفاده از VR برای تست دستگاه احتمالاً در آزمایش های بالینی (FLT:0)virtual گسترش می یابد ، که در آن عملکرد دستگاه در سراسر یک جمعیت مجازی که هزاران نوع آناتومیک را نمایندگی می کند، آزمایش می تواند نیاز به مطالعات بالینی سنتی را کاهش دهد، دسترسی به شرکت های جدید را تسریع کند و گروه های تحقیقاتی در حال حاضر این رویکرد را با پشتیبانی از ابتکارات مانند برنامه توسعه دستگاه پزشکی بررسی می کنند.[۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳][۳

نتیجه گیری

واقعیت مجازی در حال تغییر است که چگونه جراحان برای روش های پیچیده آماده می شوند و چگونه دستگاه های پزشکی آزمایش می شوند.با فعال کردن اکتشاف های همه جانبه و تعاملی آناتومی بیمار و عملکرد دستگاه، VR وضوح و اعتماد بی سابقه ای را برای تصمیم گیری های بهداشتی به ارمغان می آورد - این تکنولوژی خطرات جراحی را کاهش می دهد، زمان های روش را کوتاه می کند، سرعت توسعه دستگاه را افزایش می دهد و چالش های ارتباطی بیمار را بهبود می بخشد - از جمله هزینه های استاندارد سازی، و وضوح دقیق تر می شود - هیچ روش های طراحی دقیق تر و آزمایش های ضروری تر می شود.