虚拟现实模拟改善心血管干预

这项工作的目标之一是为医生的治疗计划提供指导，通过允许他们模拟病人的特定血管系统，并准确预测诸如支架放置、导管插入和其他血流几何变化等决定将如何影响手术结果。

然而，临床应用的最大障碍之一是开发一个用户界面，使临床医生可以轻松地探索他们的选择，而不需要任何计算机科学专业知识。任何程序员都会告诉你，设计一个流畅、直观、让所有背景的人都能快速掌握的界面是一项艰巨的任务。

在一项新的研究中，杜克大学的研究人员报告了他们首次尝试为他们的血液流动模拟工具HARVEY。他们探索了从标准桌面显示器到沉浸式虚拟现实体验的各种界面，发现虽然用户可能会习惯使用标准鼠标和键盘，但一些更未来的界面可能是广泛采用的关键。杜克大学生物医学科学的Alfred Winborne和Victoria Stover Mordecai助理教授Amanda Randles说:“HARVEY目前需要C编码和命令行接口的知识，这确实限制了能够使用该程序的人。”“这篇论文介绍了一个我们开发的叫做Harvis的图形用户界面，这样任何人都可以使用Harvey，无论是试图找出支架最佳放置位置的外科医生，还是试图设计一种新型支架的生物医学研究人员。”

Randles在哈佛大学纯物理与应用物理学教授Efthimios Kaxiras的研究小组中作为博士生开始了这项工作，他已经开发了HARVEY代码近十年。在这段时间里，她证明了HARVEY可以精确地模拟通过患者特定的主动脉和其他更长尺度的血管几何形状的血流。她还展示了该程序可以在整个人体规模上模拟3D血液流动。

Randles将HARVEY应用到研究中，帮助研究人员理解了大脑支架的治疗方法动脉瘤以及动脉瘤的生长。她发明了一种快速、非侵入性的方法来检查外周动脉疾病，并更好地了解循环癌细胞是如何附着在不同组织上的。随着代码计算能力的稳步提高和在实际应用中显示出的实用性，Randles现在正在努力确保其他人也能最好地利用它的能力。Randles说:“在美国，心血管疾病仍然是头号死亡原因，改善治疗计划和结果的能力仍然是一个重大挑战。”“随着VR/AR设备的成熟和可用性，我们需要了解这些技术在与此类数据交互中所扮演的角色。这项研究是开发未来作战软件所必需的一步心血管病”。

在新的研究，Randles和她的生物医学工程同事中，研究助理哈维史和研究生Jeff Ames，把Harvis界面放在了测试中。他们要求医学生和生物医学研究人员模拟三种不同的情况 - 将导管放在两个血管之间，膨胀或缩小血管的大小，或将支架放入血管内。测试用户尝试使用标准鼠标和计算机屏幕，“Z空间”半沉浸式虚拟现实设备或HTC Vive显示设备的完全沉浸式虚拟现实体验尝试这些任务。

结果表明，学生和研究人员可以使用标准的鼠标和键盘界面，完全身临其境虚拟现实界面在大多数情况下，在数量和质量上都是一样的。然而，由于用户在适应独特的硬件设置和控制方面存在一些问题，半沉浸式显示器基本上是一种结合了显示器和3D眼镜的特殊指向工具，排在其他两种设备之后。

该研究还为其他模拟工作流程提供了可推广的设计体系结构，详细描述了Harvis设计的基本原理，可扩展到类似平台。

虽然研究没有发现沉浸感最强和最弱的界面在质量和效率方面的任何主要差异，但Randles确实注意到用户对设备的反应存在重大差异。Randles说:“人们更喜欢3D界面。“如果他们更喜欢它，他们就更有可能实际使用它。这也可能是一种有趣和令人兴奋的方式，让学生参与到关于血管系统和血液动力学的课程中。”

Randles说，她计划进行实验，看看她的3D血液流动界面是否能帮助医科学生比目前的标准更好地保留重要知识。在未来，像这样的工具可以帮助治疗计划，例如使用更直观的虚拟现实界面放置支架。Randles还期望这些类型的工具将促进个性化流空间的生物医学研究。