پاورپوینت واقعیت مجازی و کاربردهای فراوان آن در پزشکی

واقعیت مجازی و کاربردهای فراوان آن در پزشکی

خلاصه فهرست مطالب
واقعیت مجازی چیست ؟
تاریخچه
تکنیک های virtual reality
سخت افزار و معماری یک سیستم VR
کاربردهای مختلف VR
کاربرد در پزشکی
دور نما
منابع و لینک های مفید جهت مطالعه بیشتر

تعریف مجازی- Virtual
مجازی  virtual: صفتی که به فعالیت ها، اهداف، موجودات و مکان هایی اشاره دارد که واقعیت فیزیکی ندارند. بلکه تنها در شکل رقومی ( سایبر- فضا ) موجودیت دارند مثل صندوق الکترونیکی

واقعیت مجازی virtual reality
محیط الکترونیکی که با استفاده از جلوه های بصری سه بعدی واقعیت را مشابه سازی می کند اما فاقد مادیت فیزیکی هستند.

واقعیت مجازی با اختصار  VR تولید نرم افزاری – رایانه ای از یک پنداره یا محیط که برای حواس ( بیشتر بصری ) معادل واقعیت، وانمود گردد و به فضای سه بعدی که توسط کامپیوتر ایجاد می شود، اطلاق می گردد. در حقیقت واقعیت مجازی استفاده از فناوری پیشرفته از جمله کامپیوتر و لوازم جانبی آن و ابزارهای چند رسانه ای مختلف برای ایجاد یک محیط مجازی شبیه سازی شده است. در این محیط کاربر اشیاء، حوادث و رخداد های مجازی قابل مقایسه با دنیای واقعی را با استفاده از مبدلهای طراحی شده و حسگر های خاص به طور تعاملی در دست می گیرد و تصاویر نمایشی و حرکتی را مشاهده می کند طوری که فرد گمان کند در محیط واقعی قرار گرفته است.

تاریخچه VR
1910- پنوماتیک و حرکت هواپیما و آموزش خلبانان ( شبیه سازهای مکانیکی
1929- مفهوم شبیه سازهای الکترونیکی
1955- سیستم های video based ، سینمای سه بعدی
اواخر دهه 60 – طرح دنیای مجازی تحت کنترل کامپیوتر
تولید دستگاه واقعیت مجازی توسط میرون کروگر
دهه 70 – تولید گرافیک های سه بعدی شبکه سیمی و استفاده از آن در اولین شبیه سازی های کامپیوتری – ایوان ساترلند
1970 – اضافه کردن هوش مصنوعی به این سیستم – میرون کروگر
1983- HMD (Head Mounted Display )
1989- اصطلاح واقعیت مجازی توسط یارون لانیر
1989- ساخت HMD های تجاری – شرکت VPL

ابزار سیستم VR
داده ها :
برای دنیای مجاز ی کلیه اطلاعاتی که آن جهان را تعریف می کند. چیزهایی مثل شکل، رنگ اشیا و نحوه حرکت ، صدا و ازاین قبیل
کامپیوتر گرافیکی پر قدرت و با سرعت بسیار بالا.
نرم افزار کاربردی
نرم افزاری برای دنیای مجازی سه بعدی که واقعیت محازی را به راه می اندازد و تصاویر و صداهاو فضاها را تولید می کند و آنها را نمایش می دهد
VRML زبان مدل سازی واقعیت مجازی VRML که به صورت V-R-M-L یا Vermil تلفظ می شود، کلمه ای اختصاری برای Virtual Reality Modeling Language  یا زبان مدل سازی واقعیت مجازی است. این زبان که توسعه واقعیت مجازی و فناوری های مدل سازی سه بعدی است در می 1994 توسط مارک بسکی [9] تن پاریسی[10] و گاوین بل[11] نوشته شد. آنها در انجمن حرفه ایی گرافیک کامپیوتری نسبت به ایجاد یک برنامه جلوه خاص ویژه برای دنیای انیمیشن سه بعدی تعاملی در روی وب اقدام نمودند که موتور محرک این کار زبان VRMLبود.

ابزارهای ورودی و خروجی

این ابزارها واسط میان کاربر و کامپیوترهستند از جمله : الف  –نمایش گر مخصوص سر HMD با گوشی استریو جهان مجازی را می بینیدو می شنوید .متداولترین نمایشگرهای تصویری برای نمایش تصاویر مجازی است که از دو نمایشگر مجرا برای هر دو چشم تشکیل شده است که بر سر کاربر نصب می شود این نمایشگرها دارای کیفیت زاویه دید متفاوت هستند .

  ب – دستکش اطلاعات (Data Glove): با گرفتن ان به دنیای مجازی می روید و در آنجا حرکت می کنید . با وجودیکه صفحه کلید وسیله خوبی برای برقراری ارتباط با کامپیوتر است اما خیلی زود مشخص شد که برای ارتباط با محیط مجازی نقش محدود کننده ای دارد .پس دستکش اطلاعات توسط توماس زیمرمان (فردی که تلاش کرد گیتار مجازی را خلق کند)تولید شد که بوسیله آن تماس با دنیای مجازی طبیعی تر می شد.

انواع دیگر displays

انواع دیگر ابزار ورودی
joystick
Probe

مبدل های حسی
Vibro- and Electro-tactile stimulation (simple surface texture)
Micro-pin stimulation (complex surface textures, and edges)
Pneumatic and force feedback (shape)

تقسیم بندی کاربرد VR

کلیه کاربرد های واقعیت مجازی را می توان در 3 مقوله زیر قرار داد :
● شبیه سازی شبیه سازی به معنای وانمودن، حل کردن، تقلید چیزی است. دنیاهای مجازی برگردان های دنیای واقعی اند، مانند شبیه سازی وشبیه سازی پرواز یا رانندگی در محیطهای مختلف مثل محیط فیزیکی فضایی و…   ● تجسم تجسم به معنای مجسم کردن قابل مشاهده ساختن به خصوص در ذهن دنیاهای مجازی که با نشان دادن اطلاعات به صورت تصاویر سه بعدی آسان تر فهمیده شوند. مثل تجسم های مجازی از فعالیت های پزشکی،نظامی و آموزشی   ● واقع گریزی واقع گریزی به معنای تمایل به خلاصی از واقعیت دنیاهای مجازی که با تخیل خلق میشوند ، شبیه بازی های ماجرایی

کاربردهای رایج VR
● فروشگاه های مجازی برای استفاده بهتر از تجارت الکترونیکی
● دانشگاه های مجازی که کلاسها و آزمایشگا ه های آن همه مجازی است و شاگردان آن درنقاط مختلف دنیا قراردارد.
● شبیه سازی حرکت وسائل نقلیه و آموزش رانندگی، خلبانی شبیه سازی انواع ورزش و………… .
● جراحی از راه دور ، اموزش جراحی و آناتومی ، پزشکی
● کتابخانه و مراکز اطلاعاتی ● بازیهای واقعیت مجازی چند نفره و ابزار های سرگرمی مجازی

مزایای استفاده از محیط مجازی
در این محیط کاربر امنیت بیشتری احساس می کند.
در اغلب موارد هزینه طراحی و پیاده سازی کمتری دارد.
انعطاف پذیر است – می توان آن را به راحتی براساس شرایط واهداف تغییر داد.
کاربرهای واقعی وتوان بالقوه فوق العاده ای دارد به طوری که کاربران می توانند مدل شبیه زندگی را تجربه کنندیا درمحیطی امن قدم زنند و می توانند در عین حال روی آن محیط کنترل داشته باشند در واقعیت ممکن است چنین چیزی محال باشد.

کاربرد های پزشکی VR
حوزه های کاربری VR در پزشکی
آموزش Training
برنامه ریزی Planning
درمان Treatment
کاربری های رایج :
جراحی عمومی
جراحی مغز و اعصاب
روانپزشکی

آموزش پزشکی- شبیه سازهای جراحی

تلفیقی از محیط مجازی و محیط حقیقی
استفاده از واقعیت افزوده در جراحی

واقعیت افزوده در جراحی مغز و اعصاب Neurosurgery
Harvard Medical School
Combined neurosurgery planning and augmented reality

جنینVisualization
دانشگاه North Carolina
سیستم VR جهت تصویرگیری از جنین در رحم مادر
روش :روی هم قراردادن تصویر اولتراسوند جنین و تصویر ویدئویی رحم

قابل استفاده در check up های دوران بارداری

آندوسکوپی کلاسیک
ورود یک سیستم optical به داخل ارگان بیمار ( کولون ، معده ، روده ، سینوس و … ) جهت معاینه
امتیاز این سیستم ، ایجاد تصویر واضح و روشن از سطح بافت جهت تشخیص است .
معایب :
امکان ایجاد جراحت سطح بافت ، semi invasive
عدم امکان عبور از دیواره های کولون

آندوسکوپی مجازی VE-
مراحل :
تصویربرداری 3D از ارگان مورد نظر ( ‍CT, MRI و … )
پیش پردازش تصویر 3D ( registeration , interpolation )
آنالیز تصویر 3D جهت ایجاد مدل آناتومیکی (segmentation)
محاسبه مسیر 3D camera- target جهت انتخاب اتوماتیک یا دستی مسیر مشاهده
قراردادن نماهای مکرر در مسیر
مشاهده به منظور تولید انیمیشن
(سطح و حجم )

مناسب جهت ارگان های بزرگ سایز : مانند سیستم قلبی عروقی ، مفاصل اصلی ، سیستم کلیوی ، نخاع
اولین سیستم VE در مورد کولونو سکوپی و در سال 1995 استفاده شد.

مزایا و معایب VE
مزایا:
عدم وجود محدودیت حرکتی برای دستگاه endoscope
کاملا غیر تهاجمی
بدون نیاز به بستری بیماردر بیمارستان
معایب :
تکنیک های آندوسکوپی مجازی کنونی امکان بازسازی تصویر ظاهر سطح بافت ارگان را ندارند .
تاریخچه VE
Virtual colonoscopy (Vining, Kaufman)
Carotid arteries (Lorensen)
3-D organ visualizations (Robb)
Visualizations for stereotactic neurosurgery (Jolesz and Kikinis)

چند نمونه …
شبیه ساز آموزش تکنیک جراحی آرتروسکوپی

شبیه ساز آندوسکوپی سینوس

امکان تمرین مجازی جراحی برای دانشجو قبل از انجام جراحی واقعی

چند نمونه ….
کمیته تحقیقاتی جراحی روباتیک – سوسیس

شبیه سازی اعضای داخلی شکم و خصوصیات بافت در
pushing و pulling بافت

شبیه سازی force feadback

مدل سازی اعضا

برنامه ریزی پروسه جراحی
ایجاد مدل خاص برای هر بیمار در جراحی پروستات با استفاده از VR
انجام اندازه گیری های سه بعدی 3D measurments
استفاده از یک ابزار اندازه گیری متصل به میکروسکوپ جراحی
تصاویر stereo ناحیه جراحی با تصاویر کامپیوتری تلفیق یافته
و Virtual measure tape را بوجود می آورند.
صفحه نمایش تقویت شده ، سیستم اندازه گیری بسیار دقیقی را بوجود می آورند.
میزان دقت تا 0.2 الی 0.7 mm

نرم افزار VR کمک جراح
VR Assisted Surgery Program (VRASP)

واقعیت افزوده در جراحی Augmented Reality
Julesz, Harward Medical School
مشاهده واقعیت افزوده Augmented Reality در 3 مرحله صورت می گیرد:
1- اسکن سه بعدی از سطح سر بیمار
2- ثبت سه بعدی تصاویر و اسکن های سطح سر
3- مشخص نمودن تومور یا ضایعه ( رنگ سبز در تصویر )

کاربرد روانپزشکی
ترس از ارتفاع ، پرواز ، جانوران و ….
روش درمان عبارت است از قراردادن بیمار در موقعیت استرس زا برای او در محیط مجازی و تحت کنترل قراردادن استرس ، شروع کار با موقعیت کم استرس زا و اضافه نمودن بتدریج موقعیت های بیشتر

نتیجه گیری دور نما و
حقیقت مجازی یا virtual reality یکی از زمینه های تحقیق بسیار گسترده در حوزه مهندسی پزشکی می باشد .
واسطه های انسان – کامپیوتر مانند force –feedback یا واسطه های لمسی
تکنیک های مدل سازی بافت جهت شبیه سازی ارگان های بدن
تکنیک های نمایش تصویر

امکان ایجاد نسل جدیدی در تصویربرداری پزشکی با بکارگیری مفاهیم حقیقت مجازی و ایجاد مشاهدات موثرتر

استفاده از تکنولوژی virtual reality در کاربردهای پزشکی از راه دور

لینک های مفید جهت مطالعه بیشتر
http://www.irandoc.ac.ir/data/e_j/vol6/eini.htm
http://en.wikipedia.org/wiki/Virtual_reality
http://www.informatik.umu.se/~jwworth/medpage.html
http://www.vrlab.com/
http://www.ahs.uic.edu/ahs/php/?sitename=vrml
http://www.uic.edu/ahs/sbhis/vrml/Publications/publicationsWebBasedSegment.htm

پایان