Разработка интеллектуального тренажёра по обучению проведения ангиопластики и стентирования коронарных артерий с использованием технологии виртуальной реальности

Разработка интеллектуального полиязычного программного комплекса с использованием технологии виртуальной реальности, позволяющего проводить обучение и получать навыки проведения ангиопластики и стентирования коронарных артерий.

Был проведен анализ в области разработки и внедрения компьютерных обучающих тренажеров на базе различных интегрированных сред разработки. Были составлены общие требования к программному комплексу. Согласно анализу мирового опыта было выявлено что большинство работ в области медицинского обучения было реализовано с помощью платформы для разработки - Unity. Таким образом в качестве технологии реализации и среды разработки была выбрана технология виртуальной реальности с использованием платформы для разработчиков Unity. Был разработан алгоритм работы камер. Так как пользователь взаимодействует с камерой от первого лица внутри сцены была создана система камер, позволяющая наблюдать за тем, что происходит при введении инструментов в артерию, а также обзор от первого лица. При этом обзор и вид пользователя меняется в зависимости от изменения положения тела, головы, а также при изменении положения рук.

Был разработан алгоритм работы инструментов, позволяющий пользователю взаимодействовать с медицинскими инструментами в реалистичной виртуальной среде. 3D модели инструментов и текстовые описания обеспечивают доступность для пользователей с разным уровнем медицинских знаний.

Разработан алгоритм поведения органических тканей, который позволяет деформировать кожу при нажатии, а также прокалывать ее для установки катетера и проведения других необходимых медицинских процедур. Более того, пользователь может настраивать характеристики артерии, учитывая индивидуальные особенности сосудов каждого пациента. Обеспечена работа обеих рук внутри симулятора. Был разработан код, включающий в себя весь необходимый функционал для обеих рук пользователя. Таким образом пользователь может полностью участвовать в ходе операции и взаимодействовать как с инструментами, так и с виртуальным телом пациента. Была создана математическая модель процесса движения неоднородной сжимаемой жидкости на основе 2-3-мерной системы уравнений Навье-Стокса. Проведена дискретизация двухмерной модели методом конечных разностей и получены распределения скоростей движения крови в прямоугольной области сосуда.

1. .

Для моделирования пульсирующего характера кровотока реализовано нестационарное граничное условие и представлены результаты двухмерного движения кровотока, решенных методом Эйлера и Рунге-Кутта. Полученные результаты демонстрируют волнообразный характер, что соответствует характеру функции пульсаций, а максимальные скорости во время пика выброса кровотока примерно соответствуют результатам работы, приведенным в работах других авторов.