Как VirtaMed обучает хирургов завтрашнего дня в VR

VirtaMed: Исследование случая Unity

С 2007 года VirtaMed улучшает качество хирургической помощи с помощью передовых приложений виртуальной реальности (VR). Используя комбинацию специализированных аппаратных инструментов и основанных на данных анатомических моделей, VR-тренировочные среды VirtaMed позволяют хирургам овладеть основными техниками и продолжать профессиональное развитие в области передовых вмешательств.

Примечание. Это исследование случая содержит медицинские изображения, которые могут быть неприятными для некоторых.

Результаты

Цель роботизированных симуляторов Virtamed - предоставить хирургам безопасную, контролируемую среду для практики и совершенствования своих навыков. Путем воспроизведения роботизированных систем, используемых в хирургии, они обеспечивают реалистичный и захватывающий опыт обучения. Результаты включают:

• Более короткая кривая обучения для роботизированной хирургии по сравнению с традиционными методами.
• Разгрузка критически важных ресурсов путем абстрагирования обучения от хирургических роботов, необходимых для вмешательства в пациентов.
• Сниженная или устраненная необходимость в лабораторной подготовке, что позволяет сэкономить средства и предоставляет хирургическим командам возможность повторять обучение.

Читайте дальше, чтобы подробнее узнать о том, как создаются симуляции и какие задачи они решают.

Проблемы подготовки хирургических команд

Хирургия с использованием робототехники (RAS) проложила путь для новых процедур, требующих высокой точности и контроля, и стала необходимой для малоинвазивных вмешательств, которые невозможно выполнить традиционными методами. По мере роста спроса на такие операции, хорошо обученная и высококвалифицированная хирургическая команда имеет решающее значение.

Хирургическоеобучение робототехнике традиционно проводилось с использованием трупов или медицинских реквизитов на операционном столе. Однако обучение персонала чаще всего проводится непосредственно с живыми пациентами, чтобы программы обучения не мешали проведению реальных операций.

Хирургическая симуляция предоставляет безопасную среду для медицинского персонала для практики и совершенствования своих навыков. Использование этих симуляторов позволяет хирургам практиковаться, не блокируя операционную или не требуя реальных пациентов. Благодаря этим преимуществам, всё больше симуляторов для хирургии появляются вместе с новым поколением хирургических роботов.

Симулятор с первого взгляда

Для кого это?

Роботизированный симулятор в основном используется хирургическими бригадами в больницах, а также отдельными хирургами. Это также используется в медицинских школах для учебных целей. Кроме того, производители роботов используют технологию симуляторов для обучения и подготовки хирургов к их новым роботизированным решениям.

Что это делает?

Роботизированный симулятор служит платформой виртуальной реальности для хирургического обучения, точно воспроизводя функции роботизированных инструментов и воссоздавая хирургическое пространство. Он разработан для имитации реальных роботизированных систем, используемых в хирургии, обеспечивая реалистичный и захватывающий опыт обучения. Программное и аппаратное обеспечение 3D симулятора разработано для предоставления автономной учебной среды, которая почти идентична реальной хирургической консоли, основным контроллерам и Vision тележке.

Насколько широко это принято?

Применение роботизированных симуляторов довольно широко и быстро растет. VirtaMed является ведущим поставщиком решений для медицинского симуляционного обучения и единственным партнером-симулятором четырех производителей хирургических роботов следующего поколения на сегодняшний день. В дополнение к существующим партнёрствам, создающим индивидуализированные симуляторы для различных медицинских устройств, компания VirtaMed в настоящее время разрабатывает расширенные возможности обучения для хирургического персонала и готовит новые гиперреалистичные VR модули в Unity для учёта будущих достижений в области роботизированных и цифровых операций.

Почему виртуальная реальность (VR)?

VR в обучении роботизированной хирургии предлагает захватывающий опыт, который улучшает обучение, повышает запоминание, обеспечивает безопасную практическую среду и позволяет доступное и настраиваемое образование. Повторяемые, малострессовые тренировочные симуляции могут сократить или устранить необходимость в дорогостоящем лабораторном обучении. Более важно, виртуальные программы обучения улучшают хирургические результаты, чтобы гарантировать, что пациенты всегда получают наилучший возможный уход.

На каком оборудовании это работает?

Некоторые варианты симуляторов используют роботизированную консоль, интегрированную в «рюкзак», где симулятор крепится к роботизированной консоли. Другие версии используют функциональные реплики роботизированной консоли, разработанные для легкого развертывания полевыми командами, что позволяет медицинским работникам удобно и быстро приобретать опыт проведения процедур.

Какие инструменты обратной связи по обучению включены?

Разработчики VirtaMed определяют критерии, которые необходимы для того, чтобы обучающийся был признан компетентным в каждой симуляции. Симулятор позволяет собирать данные, такие как траектории инструментов во время тренировочной сессии, и предоставляет отчет с обратной связью (с оценкой) для пользователей и тренеров.

Unity решения использованы

Команда VirtaMed использовала Unity Industry и набор утилит от первого лица, чтобы упростить рабочий процесс, ускорить разработку и создать надежные симуляции. Вот краткий обзор Unity Technologies, представленных в их технологическом стеке:

Pixyz

Pixyz позволяет аниматорам и 3D моделлерам загружать и визуализировать высококачественные ресурсы и сетки из CAD-данных в более чем 70 типах файлов. Этот конвейер был критически важен для включения анатомических моделей, основанных на данных, и точной виртуализации реальных хирургических инструментов.

Unity Editor

Встроенная поддержка Visual Studio Code и других интегрированных сред разработки (IDE) позволила упростить разработку и отладку, в то время как тесная интеграция инструментов моделирования позволила техническим аниматорам VirtaMed уверенно манипулировать объектами мира с физической поддержкой в 3D пространстве.

Артикуляция Физика тела

Хирургические симуляции требуют точного вращения моделей и надежных взаимодействий столкновений между виртуальными объектами и сетками, особенно под определенными углами. Чтобы выполнить эти сложные и деликатные физические симуляции, VirtaMed обратилась к компонентам Articulation Body Unity для создания пользовательских иерархий физики.

High Definition Render Pipeline (HDRP)

Unity’s High Definition Render Pipeline (HDRP) предоставил моделлерам широкий спектр параметров для настройки реалистичных визуальных эффектов и текстур. С гибкостью переключения между одноразовым инстансированием и многопроходным VR-рендерингом инженеры VirtaMed могли оптимизировать свой рендеринг-пайплайн для минимального потребления ЦП и адаптировать свои симуляции к более мощным устройствам с графическими процессорами (таким как некоторые VR-периферийные устройства).

Shader Graph

Инженерам VirtaMed не нужно было беспокоиться о написании и компиляции пользовательских фрагментов и вершинных шейдеров. При использовании вместе с HDRP, утилита Shader Graph позволяла разработчикам реализовывать иерархии узлов шейдеров с минимальной настройкой.

Мультиплатформенное Deployment

Хирургические тренажеры зависят от низкой задержки тактильной обратной связи между специализированными аппаратными входами, работающими в гетерогенных вычислительных средах. Параметры конфигурации среды выполнения Unity упростили процесс развертывания на различных вычислительных платформах и взаимодействия со специализированными медицинскими устройствами.

Отладка времени выполнения

Инженеры VirtaMed воспользовались встроенным в Unity инструментом Profiler для отладки поведения и проблем с производительностью во время тестирования и выполнения. Эти инструменты были необходимы для тонкой настройки как логики симуляции, так и конфигураций оборудования, чтобы обеспечить оптимизированную визуальную производительность и максимальную отзывчивость во время живых симуляций.

Автоматизированное тестирование

С помощью Unity Test Framework инженеры VirtaMed создали тесты, которые можно было запускать в локальной среде разработки и в симулированном выводе, что помогло их междисциплинарной команде придерживаться хороших шаблонов проектирования и проактивно избегать регрессии программного обеспечения в процессе непрерывной разработки.

Реакции пользователей

Ценится клиентами VirtaMed

Причины, по которым медицинские специалисты ценят полностью оцифрованный процесс обучения, обеспечиваемый симулятором, включают:

• Реалистичная учебная среда с использованием новейших графических технологий.
• Интеграция реальных сенсорных хирургических инструментов для практической симуляции.
• Реалистичная, тактильная обратная связь обеспечивается с помощью передовых тактильных интерфейсов.
• Универсальность и модульность платформ симуляторов, позволяющая для Deployment в различных средах, включая конференции, учебные центры и больницы.

Роботизированный симулятор предоставляет платформу смешанной реальности, которая обеспечивает обучение следующего уровня для всей хирургической команды прямо в больнице. Это снижает или устраняет необходимость в лабораторной подготовке, что снижает затраты и позволяет проводить повторное обучение. Симулятор VirtaMed удивительно близок к настоящему роботу и обеспечивает бесшовный опыт, адаптированный к потребностям обучения каждого человека, что делает его бесценным инструментом для хирургов, чтобы отточить свои навыки перед входом в операционную.

Смотря в будущее

Расширение возможностей обучения

VistaMed планирует продолжать повышать хирургическую квалификацию, далее интегрируя платформу роботизированного симулятора в обучение хирургических команд. Этот подход позволяет проводить обучение непосредственно в больнице.

Партнерства

VirtaMed ценит партнерства и считает, что обучение с использованием симуляторов является важной частью хирургического образования и подготовки к роботизированной хирургии. Их сотрудничество с экспертами и обществами направлено на обучение хирургов и медицинских специалистов по всему миру для достижения лучших результатов для пациентов. Разработка продукта и постоянные инновации

VirtaMed стремится расширять свои модули и другие продукты, чтобы охватывать больше процедур, случаев, патологий, вариаций и осложнений.