Віртуальна реальність і ендохірургія

Однією з найважливіших особливостей ендохірургіческіх маніпуляцій є опосередкована візуалізація об`єкта впливу. Вимушена фіксація оптичного приладу дозволяє оглянути внутрішні структури лише в певному оптичному ракурсі. Цю проблему частково вирішує використання кутовий оптики, що дозволяє змінювати кут зору на об`єкт, проте навіть 30 ° ендоскоп далеко не завжди може допомогти при створенні необхідної операційної експозиції. Виникнення проблеми всебічного огляду зони інтересу пов`язано з самою концепцією малоінвазивної хірургії, яка не дозволяє побажанню переміщати оптичний порт, збільшуючи операційну травму.

Відео: Як зробити окуляри VR віртуальної реальності / How to make virtual reality goggles

Часткове вирішення цієї проблеми пов`язано з використанням комп`ютерних технологій, що дозволяють заповнювати дефекти візуалізації зони оперативного втручання. Це може бути зроблено за допомогою тривимірного графічного образу органу, створеного на базі доопераційного сканування, або графічної моделі, отриманої в результаті обробки інтраопераційних зображень.

Поняття «кіберпростір» і «віртуальна реальність» використовуються досить давно, незважаючи на це, технологія віртуальної реальності як частина медичної індустрії робить поки свої перші кроки.

Початок розробки систем віртуальної реальності було покладено ще під час Другої світової війни. Основним завданням при цьому було створення систем для навчання військових льотчиків - авиасимуляторов. Згодом саме авіасимулятори і комп`ютерні ігри стали областями, в яких технології віртуальної реальності застосовують найбільш широко. Спочатку авіасимулятори були позбавлені графічної складової: моделювалося тільки фізичний вплив на пілота - вібрація, переміщення, зміна положення тіла щодо лінії горизонту. В кінці 1950-х рр. електроінженерії Douglas Engelbart, колишній фахівець з радарів, припустив, що комп`ютери можуть служити не тільки для математичних розрахунків, а й для графічного представлення даних, однак його припущення було відкинуто експертами. Примітивна комп`ютерна графіка замінила аналогові віддання тільки в 70-х рр. XX ст.

Перша система віртуальної реальності була створена ще до того, як нога людини ступила на поверхню Місяця, кінематографістом, який навіть не був знайомий з розташованими тоді ще в стадії розробки комп`ютерами, але мав багату уяву. У 1956 р Мортон Хейліг (Morton Heilig) винайшов «Сенсораму» ( «Sensorama»).

За допомогою звукових і кінематографічних ефектів, вібрації і штучних ароматів у глядача створювалося враження участі у фільмі.

У 1957 р той же Мортон Хейліг запатентував пристрій, яке послужило прототипом сучасних шоломів віртуальної реальності: джерелом зображення були два мініатюрних телевізора, що кріпилися на голові перед очима. У 1965 р Ivan Sutherland описав наголовний монітор (шолом), в якому видима картинка змінювалася відповідно до положення голови в просторі завдяки пристрою визначення просторових координат. Розробка пристрою велася в Массачусетському технологічному інституті і в 1969 р описаний монітор був створений. У 1985 р Mike McGreevy і Jim Humphries сконструювали перший наголовний монітор з рідкокристалічними екранами від кишенькових телевізорів, але перший комерційний наголовний монітор з`явився на ринку тільки в 1989 р

Поняття «віртуальна реальність» (virtual reality) було введено в 1989 р Jaron Lanier, співробітником фірми «VPL Research» (США), який вважав, що це «засіб, здатний відтворювати сни наяву». Перша розрахована на багато користувачів система віртуальної реальності була продемонстрована фірмою Division в 1992 р

В даний час існує декілька способів «занурення» в віртуальну реальність:

- Кабіна симулятори (Cab Simulators): користувач знаходиться в рухомий кабіні, забезпеченою системами об`ємного звуку, повністю імітує внутрішнє облаштування кабіни літака або сухопутного засоби пересування. Вікна кабіни замінені комп`ютерними моніторами високої роздільної здатності.

- Спроектована реальність (Projected Reality): віртуальні об`єкти проектуються на великий екран, користувач як би стає учасником фільму.

- Розширена реальність (Augmented Reality): графічна інформація проектується на прозорий екран, крізь який користувач може бачити предмети реального світу, отримуючи, таким чином, інформацію про приховані деталі. Подібні системи в даний час використовують у відкритій хірургії, особливо успішно в травматології та ортопедії. Працювали з такими системами лікарі із захопленням відгукуються про них, характеризуючи їх як «справджену мрію про рентгенівському зорі». У лапароскопічної хірургії об`єкти віртуальної реальності проектуються безпосередньо на операційний монітор, що дозволяє хірургові «бачити» приховані структури:

- Телеприсутність (Telepresence): використовуючи камери і мікрофони, передають інформацію по каналах зв`язку, користувач спостерігає за тим, що відбувається на відстані. Подібні технології використовують в телемедицині. При наявності двосторонніх каналів зв`язку користувач може не тільки спілкуватися з протилежною стороною, але і здійснювати управління різними механізмами, наприклад роботами;

-віртуальна реальність на робочому столі (Desktop VR): змодельовані об`єкти відображаються на моніторі персонального комп`ютера. Можливо поєднання тривимірної і стерео графіки при застосуванні спеціальних окулярів;

-спарені монітори (Visually Coupled Displays): завдяки голлівудським кінематографістам цей тип технічних пристроїв найбільш міцно асоційований з поняттям віртуальної реальності і являє собою шолом, в якому розміщені екрани, здатні передавати як звичайне зображення, так і окремо для правого і лівого ока для створення стереоефекту. Спеціальним пристроєм відстежують просторові координати голови користувача, відповідно до яких змінюється видиме зображення.

Відео: ВИРТУАЛЬНАЯ РЕАЛЬНІСТЬ БРЕД

Під віртуальною реальністю розуміється створена штучними засобами аудіовізуальна (і впливає на інші органи сприйняття) смислова середовище, яке приймається суб`єктом її впливу як справжня або близька до справжньої. Системи віртуальної реальності складаються з шоломів, окулярів, звичайних і стереодісплеев, рукавичок, відео- і аудіосистем, графічних станцій і персональних комп`ютерів, спеціальних костюмів і багато чого іншого.

На конференції в Штутгарті «Мир Віртуальної реальності `95» було запропоновано розділити віртуальну реальність на область, пов`язану з моделюванням уявлення, і область, пов`язану з моделюванням взаємодії (інтерактивності). Перша створює незалежний від реальності образ, завдання якого уявити користувачеві особливий світ. Завдання інтерактивних алгоритмів - дати можливість користувачу співвідносити цей образ з реальністю, довільно змінювати його і якось відчувати внесені зміни.

Саме віртуальна реальність взаємодії дозволяє хірурга відпрацювати у всіх деталях майбутню операцію. Тому поняття «інтерактивність» є сьогодні одним з основних понять, що описують практично всі розробки в області не тільки хірургічного, а й медичного комп`ютерного моделювання в цілому.