Статья

Название статьи

АЛГОРИТМЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВИДИМОСТИ ОБЪЕКТОВ СЦЕНЫ ПРИ СИМУЛЯЦИОННОМ ОБУЧЕНИИ
БАЗОВЫМ НАВЫКАМ ЛАПАРОСКОПИИ

Авторы

Кузьмин Андрей Викторович, кандидат технических наук, доцент, кафедра теоретической и прикладной механики, Пензенский государственный университет (Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40), flickerlight@inbox.ru
Милюткин Михаил Григорьевич, ведущий инженер-программист, НПК «Маджента Девелопмент»
(Россия, г. Самара, ул. Самарская, 146), milutkin@magenta-technology.ru
Черепанов Алексей Сергеевич, ведущий инженер-программист, НПК «Маджента Девелопмент»
(Россия, г. Самара, ул. Самарская, 146), cherepanov@magenta-technology.ru
Иващенко Антон Владимирович, доктор технических наук, доцент, руководитель проектов,
НПК «Маджента Девелопмент» (Россия, г. Самара, ул. Самарская, 146), ivashenko@magenta-technology.ru
Колсанов Александр Владимирович, доктор медицинских наук, профессор, заведующий кафедрой оперативной хирургии и клинической анатомии с курсом инновационных технологий,
Самарский государственный медицинский университет (Россия, г. Самара, ул. Чапаевская, 89), avkolsanov@mail.ru
Юнусов Ренат Рафатович, кандидат медицинских наук, доцент, кафедра оперативной хирургии и клинической анатомии с курсом инновационных технологий, Самарский государственный медицинский университет (Россия, г. Самара, ул. Чапаевская, 89), avkolsanov@mail.ru

Индекс УДК

004.9

Аннотация

Актуальность и цель. Интерес к симуляционному обучению базовым навыкам лапароскопии в процессе подготовки врачей-хирургов определяется широкой распространенностью лапароскопических операций и возможностью эффективного использования современной техники. АПК «Виртуальный хирург» – тренажер лапароскопии, созданный с использованием современных
технологий трехмерного моделирования и компьютерной графики коллективом специалистов Самарского государственного медицинского университета и инженеров-программистов Научно-производственной компании Magenta Technology. Особое значение при моделировании лапароскопических операций придается тому, что хирург получает визуальную информацию с экрана монитора, на котором выводится изображение с видеокамеры-эндоскопа. Cтудент учится верно определять взаимное расположение объектов по плоскому изображению, получаемому с камеры, контролировать движения инструментов, а также координировать взаимодействие камеры и инструментов, постоянно удерживая инструменты в поле зрения камеры. В связи с этим одной из ключевых задач моделирования операционного процесса является контроль видимости объектов сцены.
Материалы и методы. Программное обеспечение комплекса реализовано с использованием современных технологий для построения и моделирования 3D-сред и физических свойств материалов: USB HID, DirectInput, SDL, OpenGL, Direct3D, OpenCL, DirectCompute, CUDA, PhysX, Havok. Для решения задач визуализации был выбран графический движок Ogre3D. Анализ существующих методов показал, что наиболее эффективным является метод запросов видимости (occlusion query), который поддерживается движком OGRE 3D начиная с версии 1.8.
Результаты. Проанализированы основные задачи обучения базовым навыкам лапароскопии, связанные с управлением эндоскопической камерой и контролем видимости объектов сцены. Для решения этих задач разработаны алгоритмы, использующие запросы видимости OGRE 3D. Приведены описания основных этапов использования запросов видимости, предложены структуры данных для работы с ними. Результаты проиллюстрированы изображениями реальных сцен базовых навыков, используемых в АПК «Виртуальный хирург».
Выводы. Предложенные алгоритмы использования запросов видимости решают задачи обучения базовым навыкам лапароскопии, внедрены в АПК «Виртуальных хирург».

Ключевые слова

трехмерное моделирование, симуляционное обучение в хирургии, запрос видимости, геометрическая модель, камера, проекция, ogre3d, occlusion query. 

 

 Скачать статью в формате PDF

Список литературы

1. Колсанов, А. В. Разработка и внедрение современных медицинских технологий в систему медицинского образования / А. В. Колсанов, Р. Р. Юнусов, Б. И. Яремин, С. С. Чаплыгин, А. С. Воронин, Б. Д. Грачев, А. А. Дубинин, А. К. Назарян // Врач-аспирант. – 2012. – № 2.4 (51). – С. 584–588.
2. Бодин, О. Н. Разработка визуальной модели сердца для обучения студентов-медиков / О. Н. Бодин, А. В. Кузьмин, А. Н. Митрошин // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Медицинские науки. – 2007. – № 2. – С. 3–10.
3. Филимонов, В. С. Эффективность симуляционной технологии обучения врачей по ведению пациентов в критических ситуациях / В. С. Филимонов, О. Б. Талибов, А. Л. Верткин // Врач скорой помощи. – 2010. – № 6. – С. 9–19.
4. Свистунов, А. А. Оптимизация обучения лапароскопической хирургии в условиях центра непрерывного профессионального образования / А. А. Свистунов, М. А. Коссович, М. В. Васильев, Л. Б. Шубина, Д. М. Грибков // Виртуальные технологии в медицине. – 2012. – № 1 (7). – С. 27–34.
5. Федоров, А. В. Отработка базовых эндохирургических навыков на виртуальных тренажерах. Обзор литературы / А. В. Федоров, М. Д. Горшков // Виртуальные технологии в медицине. – 2009. – № 2. – С. 16–28.
6. Батраков, М. Ю. Тренажер для симуляционного обучения эндоскопическому оперативному вмешательству / М. Ю. Батраков, Н. А. Горбаченко, Д. Ю. Зайцев, Н. В. Сапцин, А. В. Иващенко, С. С. Чаплыгин, А. В. Колсанов // Перспективные информационные технологии в научных исследованиях, проектировании и обучении (ПИТ 2012) : тр. науч.-техн. конф. – Самара : СНЦ РАН, 2012. – С. 269–
273.
7. Ogre3D [Электронный ресурс] / Torus Knot Software Ltd. – 2012. – URL: http://www.ogre3d.org, свободный (дата доступа 09.04.13).
8. Херн, Д. Компьютерная графика и стандарт OpenGL : пер. с англ. / Д. Херн, М. П. Бейкер. – 3-е издание. – М. : Вильямс, 2005. – 1168 с.
9. Кузьмин, А. В. Представление и визуализация объемных объектов / А. В. Кузьмин, О. Н. Бодин // Полет. – 2008. – № 3. – С. 49–55.
10. Hardware Occlusion Query [Электронный ресурс] / Torus Knot Software Ltd. – 2012. – URL: http://www.ogre3d.org/tikiwiki/tiki-index.php?page=Hardware+Occlusion+ Query (дата доступа 09.04.13).

 

Дата создания: 26.02.2014 17:45
Дата обновления: 26.02.2014 17:45