Дым и кровь в хирургических симуляторах стали реальными

Специальное программное обеспечение, позволяющее создавать фотореалистические изображения потоков крови и обожженной плоти, разработано американскими инженерами для применения в виртуальных симуляторах хирургических операций. Об этой разработке сотрудников расположенного в городе Трой штата Нью-Йорк Политехнического института Ренселлера рассказывает вышедший в среду номер журнала New Scientist.

Новые программы предназначены для симуляторов эндоскопических операций, которые проводятся в полостях груди и живота через небольшие проколы. Поскольку при такой технологии хирург наблюдает за операционным полем через монитор, создание компьютерных симуляторов эндоскопических операций является весьма эффективным способом обучения и повышения квалификации врачей.

На тренажере инструменты закрепляются внутри искусственного туловища и при помощи целого ряда устройств достигается реалистическая механическая "обратная связь" с рукой хирурга.

Единственным компонентом этой методики, в котором недоставало правдоподобия, были реакции тканей на воздействие инструментов. Для реальной операции обычны струи крови при повреждении сосудов, дым от электрокоагулятора, которым поврежденные сосуды прижигают, и тому подобное.

При этом крайне важно, чтобы количество выливающейся в рану крови, свойства ее струйки или степень задымления в "поле зрения" виртуального световода были достоверны, что требует постоянного расчета сложных уравнений гидродинамики и газодинамики. На современном уровне развития технологии вычисления, необходимые для генерирования подобных изображений традиционными методами, требуют многих часов машинного времени.

При этом внешние факторы всё время меняются, поскольку хирург в ходе тренировки занимается именно борьбой с кровотечением путем прижигания сосудов.

Решить поставленную задачу удалось, применив наложение предварительно рассчитанных и запрограммированных спецэффектов на демонстрируемые симулятором органы и ткани. Для этого были собраны записи реального задымления поля зрения при стандартных действиях врача. Из всевозможных струек дыма составили библиотеку и создали алгоритм вызова сохраненных записей при определенных ситуациях на симуляторе.

Программа позволяет накладывать дым с частотой обновления кадра 30 в секунду и варьирует густоту задымления в зависимости от того, как непосредственно хирург работает с электрокоагулятором.

Для симуляции кровотечения программа использует анатомические сведения об объеме кровотока в каждом сосуде человеческого тела и вычисляет скорость кровотечения, учитывая "глубину" виртуального разрыва вены или артерии. Непосредственно изображение струи крови формируется при помощи компьютерной анимации.

Данная технология, считают ее разработчики, может быть впоследствии задействована и в разработке других симуляторов, в том числе в сфере компьютерных игр.

Источник: Medportal.ru