跳动的心脏为手术前计划提供虚拟现实动力

想象一下，作为一名外科医生，他可以在走进手术室之前通过看到患者跳动的心脏来在虚拟现实 (VR) 中计划手术。位于伊利诺伊州皮奥里亚的 OSF HealthCare 和布拉德利大学的研究人员相信他们可以使这一愿景成为现实。

Matthew Bramlet医学博士是伊利诺伊大学皮奥里亚分校医学院的儿科心脏病专家，专门为伊利诺伊州OSF 儿童医院研究先天性心脏 MRI 。他位于Jump Trading 模拟和教育中心的高级成像和建模 (AIM) 实验室专注于将医学图像转换为 3D 和 4D 交互式模型(用于虚拟现实的 3D 打印)，以协助复杂的心脏和癌症病例的术前规划。

根据布拉姆莱特博士的说法，心脏是一个独特的器官，因为它会随着扩张和收缩而改变形状，以将血液泵入全身。当心脏肌肉生长异常并阻碍其将血液泵出心脏的能力时，这种形状的变化就会成为问题。这是一个问题，因为当前不存在允许外科医生查看这种 4D 动态阻塞的技术。

该项目旨在为外科医生提供下一位患者跳动心脏的 4D 虚拟现实视图，而不是依靠多年的外科专业知识的反复试验来确定切除肌肉以缓解阻塞的正确方法。

与伊利诺伊州皮奥里亚布拉德利大学合作的健康创新 (IFH) 资助计划旨在注入资金(50,000 美元)，将临床问题与计算机科学专业知识结合起来。布拉德利大学助理教授Sam Hawkins博士和研究生计划利用机器学习将标准医学图像转换为一系列 3D 模型，顺序播放时会创建一个 3D 跳动的心脏;“4D心”。

Bramlet 博士的 AIM 实验室此前已经演示了这一概念，但花了整个夏天才将图像转换为 4D 心脏，显示可以通过虚拟现实耳机查看的心脏的扩张和收缩。布拉姆莱特博士表示，这不是一个可持续的方法。

“我们如何将 CT 数据输入计算机并逐层切片，假设这是心肌组织，这样我们就可以获得心脏的精确复制品。但我不需要一个(心脏的 3D 复制品);我需要20 使心脏的每个阶段(他模拟重复跳动的声音)变成 4D 心脏。”

霍金斯助理教授认为，可以利用机器学习来执行劳动密集型的图像转换过程。霍金斯解释说，布拉德利大学的计算机科学研究生是这项研究工作的一部分。

“首先，我们需要弄清楚图像的哪一部分是心脏，哪一部分不是。然后我们需要将这些微小图像组合成 3D 图像。然后我们需要这样做很多次才能获得 4D。 ”

该解决方案应允许外科医生虚拟预览患者跳动的心脏，以 4D 形式显示阻塞情况，从而提供一种新的术前分析工具。多维视图使外科医生能够将心脏结构归零，显着放大元素并获得更好的解剖视图。该机器学习 4D 生成跳动的心脏将是同类技术中的首创。

技术可以扩大 VR 在手术规划中的应用

研究人员认为，创建自动化解决方案可以将图像转换的手动过程从几个月缩短到几个小时，最终可能缩短到几分钟。该选项可以应用于成人、儿童和最小婴儿的其他类型复杂医疗病例的图像。

布拉姆莱特博士表示，新的人工智能支持软件可以为世界各地的外科医生提供规模化的解决方案。

“最直接的影响不会是 4D 心脏。更大规模的影响将是任何程序如何能够利用该技术为手术前规划、3D 打印或 VR 创建模型的可扩展性。 ” -博士。马修·布拉姆莱特(Matthew Bramlet)，儿科心脏病专家

霍金斯相信这项技术将导致其他医院采用这种方法进行术前规划。