Новости

NVIDIA Quadro позволяет врачам изучать человеческое сердце

 
 

Лондонская клиника по проблемам сердца и студия Glassworks создают проект HeartWorks.

ЗАДАЧА
Heartworks

В 2006 году три врача из лондонской клиники по проблемам сердца UCLH Heart Hospital, Сью Райт, Эндрю Смит и Брюс Мартин, решили создать реалистичную модель человеческого сердца, которую можно было бы использовать для обучения анатомии сердца. У них родилась идея создания виртуального сердца. Они понимали, что если бы она была основана на наборе 3D анатомических данных, то ее можно было бы использовать для генерирования ультразвукового изображения. Это идея имела огромное значение для обучения, так как ее можно было использовать и для симуляции чреспищеводной эхокардиографии (TOE или TEE) – сложной для обучения области медицины из-за необходимости введения внутреннего датчика для получения изображения бьющегося сердца пациента.

Врачи поделились этой идеей с командой дизайнеров из ведущей английской студии визуальных эффектов Glassworks, и идея начала обретать очертания. Цель заключалась в создании анатомически точной сгенерированной компьютером модели сердца, которая бы могла мгновенно создавать аутентичную ультразвуковую картинку, отражающую биение сердца в режиме реального времени, чтобы показать изменения формы сердца в течение цикла и отдельные части для более полного представления о работе сердца.

РЕШЕНИЕ
Heartworks

Glassworks разрабатывает виртуальную модель сердца

Команда врачей и дизайнеров из Glassworks назвали проект HeartWorks, при этом в разработке и использовании данного врачебного инструмента они использовали высокопроизводительные расчеты и визуализацию на основе профессиональных графических процессоров NVIDIA Quadro.

Команда дизайнеров и разработчиков Glassworks начала изучать цифровые снимки сердца и посещать операции на открытом сердце для более глубокого изучения данного вопроса. Врачи Райт, Смит и Мартин консультировались с ведущими хирургами, морфологами, специалистами по ультразвуковой эхографии и другими экспертами, чтобы получить необходимые данные для разработки проекта.

Для создания сложной реалистичной модели сердца с анимацией в реальном времени дизайнеры и аниматоры Glassworks воспользовались программным обеспечением Autodesk Softimage 3D на рабочих станциях с графическими процессорами NVIDIA Quadro. Эти профессиональные графические решения предоставили необходимую мощь для рендеринга высококачественных изображений с частотой 30 кадров в секунду, обеспечивая реалистичность и плавность анимаций.

«Применение технологий погружения, с помощью которых пользователи могли бы взаимодействовать с 3D изображениями на экране, было приторможено состоянием графической технологии и бюджетами», - сказал Гектор МкЛеод (Hector McLeod), учредитель Glassworks. «Состояние дел изменила передовая технология параллельных вычислений на NVIDIA GPU.
В рамках проекта HeartWorks графические процессоры NVIDIA загружают и выводят на экран модели высочайшей степени сложности с частотой 30 кадров в секунду, при этом модели участвуют в серии событий, которые, в свою очередь, также являются сложными. Для каждого кадра мы используем GPU для изучения модели, разреза, аннотирования видов и вывода двух визуализаций – модель и ультразвук – и все это менее, чем за 1/30 секунды.

Разработчик из Glassworks Дэвид Ллевеллен добавил: «NVIDIA Quadro – это лучшее профессиональное графическое решение, которое легко справляется с тем огромным объемом данных, который мы ему даем. Модель включает 250 000 полигонов, и мы генерируем две симуляции, а также снабжаем всю систему анатомическими пояснениями. Для максимального качества графики мы также используем текстуры высокой детализации, при этом в основном мы применяем OpenGL и GL Shader. Нам необходима вся эта мощь, чтобы обеспечить интерактивную работу HeartWorks».

Glassworks и врачи из лондонской клиники UCLH поставили проект HeartWorks на коммерческую основу с помощью компании Inventive Medical, которая интегрирует, устанавливает и обеспечивает поддержку системы для больниц, лабораторий и университетов. HeartWorks – это готовая система, которая включает программное обеспечение HeartWorks для симуляции виртуальной модели сердца и получения ультразвуковой картинки; высокопроизводительную рабочую станцию с профессиональной графической платой NVIDIA Quadro; монитор/клавиатуру/мышь, а также датчик и манекен для практической работы и обучения TOE/TEE.


РЕЗУЛЬТАТ

HeartWorks в действии в Университете Дьюка

Университет Дьюка одним из первых получил систему HeartWorks – она установлена в отделениях анестезиологии, кардиоторакальной анестезии и реаниматологии. Университет приобрел симулятор в начале 2009 года для обучения врачей-ординаторов и исследователей программе Transesophagael Echocardiography. Студенты второго и третьего курсов изучают базовые эхокардиографические виды и анатомию, а специалисты более высокого уровня используют ее для более глубокого изучения сердца.

«Технологии симуляции позволили нам сделать огромный шаг вперед в обучении», - сказал доктор Мэдхав Свэминатан из медицинского отделения Университета Дьюка. «Эта система отлично симулирует биение сердца. Очень сложно объяснить, как получается ультразвуковое изображение и как оно соотносится с анатомической моделью. Когда вы меняете плоскость изображения с помощью датчика, то сложно понять, какую часть сердца вы видите на экране— так как сердце трехмерно и вы видите 3D на 180-градусной плоскости. Симулятор позволяет увидеть не только, как генерируется ультразвуковое изображение, но и узнать, что означают разрезы в управляемом окружении, при этом вам не нужно вмешиваться в операцию. Эта виртуальная среда позволяет студентам быстро схватить азы».

Д-р Свэминатан добавил, что основным преимуществом технологии симуляции является интерактивное взаимодействие студентов и специалистов с предметом обучения. «Вы видите бьющееся сердце и можете внести изменения, разрезать его и работать с ним так, как вы хотите, а не как требует врач – это огромный прорыв в обучении».

Следующий этап – новый проект HeartWorks

Вслед за успешным стартом симулятора TOE/TEE команда из клиники UCLH и Glassworks приступила к разработке другого решения HeartWorks - TTE, которое симулирует внешнее ультразвуковое исследование. Здесь используется та же виртуальная модель сердца, но с помощью датчика генерируется плоскость, которая идет через легкие и ребра и визуализирует их тоже.

Для разработки нового приложения Glassworks планирует и дальше использовать технологию NVIDIA Quadro для создания шейдерных инструментов на языке программирования NVIDIA CUDA и получения дополнительного прироста производительности. «Мы с удовольствием внесем оптимизации, которые ускорят процесс работы и сделают изображение еще лучше», - сказал г-н Ллевеллин. «И мы готовы полностью реализовать потенциал решений, которые в будущем предложит NVIDIA».



 
 
 
 
VKontakteMail.ruOdnoklassniki.ruGoogle+Facebook