VIDEO: Proširena stvarnost u medicinskom ultrazvuku

Tumačenje medicinskih ultrazvučnih slika težak je zadatak koji zahtijeva od tehničara da pogleda 2D slike i mentalno ih složi u 3D prikaz izgleda tkiva.

Kako bi olakšali taj posao, istraživači MIT-a razvili su novi pristup ultrazvučnom snimanju koji korisniku omogućuje vizualizaciju 3D slike proširene stvarnosti (AR) objekta koji se skenira. Pomoću naočala za virtualnu stvarnost mogu vidjeti precizan 3D digitalni prikaz kako objekt zapravo izgleda, što olakšava njegovu identifikaciju i analizu.

Ova tehnika mogla bi ubrzati proces obuke ultrazvučnih tehničara i drugih zdravstvenih djelatnika koji koriste ultrazvuk. Također bi se mogla primijeniti u bolnicama za zadatke poput korištenja ultrazvuka za postavljanje igle na pravo mjesto za biopsiju.

Ultrazvučno snimanje funkcionira tako da odbija visokofrekventne zvučne valove od tkiva u tijelu, koji se zatim reflektiraju natrag do ultrazvučnog pretvornika. Pretvornik pretvara te zvučne valove u električne signale, koji se koriste za stvaranje 2D slike tkiva. Ultrazvučni tehničari obučeni su za pretvaranje tih slika u 3D mentalni prikaz tkiva.

Kako bi se smanjilo kognitivno opterećenje tehničara, MIT-ov tim smatrao je da bi moglo biti korisno kombinirati dvije tehnologije: 3D ultrazvučno snimanje i proširenu stvarnost (AR).

Trodimenzionalno ultrazvučno snimanje povremeno se koristi u područjima kao što su fetalno snimanje i ehokardiografija, koja se koristi za snimanje srca, ali većina 3D ultrazvučnih sustava za snimanje je skupa i nije široko dostupna. Za ovu studiju, MIT-ov tim koristio je  3D sustav u stvarnom vremenu koji su nedavno razvili za upotrebu u otkrivanju raka dojke.

Njihov novi sustav uključuje ultrazvučnu sondu koja prenosi informacije pomoću sustava za prikupljanje podataka cDAQ. Sonda sadrži ultrazvučni niz raspoređen u obliku praznog kvadrata, konfiguraciju koja omogućuje nizu snimanje 3D slika tkiva ispod.

Budući da ovaj sustav ima manje ultrazvučnih elemenata od tipičnog 3D ultrazvučnog sustava, zahtijeva manje energije i jeftiniji je za izradu.

Podaci prikupljeni ultrazvučnom sondom mogu se komprimirati i ubaciti u 3D računalni grafički program Unreal Enginea, koji pretvara vokselske podatke iz ultrazvučne slike u izravni 3D prikaz objekta, bez gubitka informacija.

Noseći AR/VR naočale, korisnik može vidjeti ovaj 3D prikaz koji predstavlja unutarnju strukturu, preklopljenu preko stvarne lokacije objekta poput rendgenskog vida. Naginjanjem glave ili približavanjem iz drugog smjera, korisnik može vidjeti različite poglede na objekt, što ga čini lakšim za prepoznavanje.

Istraživači su testirali svoju novu tehnologiju, koju nazivaju AR-VIU (prošireno volumetrijsko snimanje u ultrazvuku u stvarnom vremenu), s grupom od 18 sudionika. Devet ispitanika bili su stručnjaci za ultrazvučnu tehnologiju (uključujući sonografe i liječnike), a devet nikada prije nije koristilo ultrazvuk.

Svaki je korisnik izvršio identifikacijske zadatke koristeći četiri različite ultrazvučne tehnologije. U jednom uvjetu gledali su 2D slike na običnom ekranu, što je način na koji se izvodi većina ultrazvuka. Također su gledali 3D slike na običnom ekranu, kao i u dva uvjeta proširene stvarnosti: jednom 2D i jednom 3D (AR-VIU).

U jednom krugu eksperimenata, korisnici su zamoljeni da identificiraju objekt ugrađen u želatinu, poput opruge, kuglice ili vijka, unutar neprozirne posude koja je skenirana ultrazvukom. U drugom setu, zamoljeni su da olovkom označe lokaciju "tkivnog fantoma" - materijala nalik gelu konstruiranog da oponaša ljudsko tkivo. To simulira zadatak lociranja pravog mjesta za iglu tijekom biopsije, kao što možete vidjeti u ovom videu.

Istraživači su otkrili da je AR-VIU sustav značajno poboljšao sposobnost svih korisnika da identificiraju i lociraju objekte. Učinak je bio posebno snažan kod početnika, koji su pri korištenju AR-VIU-a postigli gotovo jednako dobre rezultate kao i stručnjaci. Pri korištenju tradicionalnog 2D sustava snimanja, stručnjaci su postigli puno bolje rezultate od početnika.

Istraživači sada rade na daljnjem poboljšanju rezolucije snimanja i provode dodatne testove kako bi pokazali točnost AR-VIU tehnologije.

Znanstveni rad objavljen u časopisu Nature možete pronaći na ovoj poveznici.