ISSN 0236-235X (P)
ISSN 2311-2735 (E)

Публикационная активность

(сведения по итогам 2016 г.)
2-летний импакт-фактор РИНЦ: 0,493
2-летний импакт-фактор РИНЦ без самоцитирования: 0,389
Двухлетний импакт-фактор РИНЦ с учетом цитирования из всех
источников: 0,732
5-летний импакт-фактор РИНЦ: 0,364
5-летний импакт-фактор РИНЦ без самоцитирования: 0,303
Суммарное число цитирований журнала в РИНЦ: 5022
Пятилетний индекс Херфиндаля по цитирующим журналам: 355
Индекс Херфиндаля по организациям авторов: 499
Десятилетний индекс Хирша: 11
Место в общем рейтинге SCIENCE INDEX за 2016 год: 304
Место в рейтинге SCIENCE INDEX за 2016 год по тематике "Автоматика. Вычислительная техника": 11

Больше данных по публикационной активности нашего журнале за 2008-2016 гг. на сайте РИНЦ

Вход


Забыли пароль? / Регистрация

Добавить в закладки

Следующий номер на сайте

3
Ожидается:
16 Сентября 2018

Программное обеспечение тренажера лапароскопической хирургии

Laparoscopic surgery simulation training software
Статья опубликована в выпуске журнала № 2 за 2013 год. [ на стр. 267-270 ][ 10.06.2013 ]
Аннотация:Описываются особенности реализации ПО аппаратно-программного комплекса «Виртуальный хирург» для обучения врачей-хирургов навыкам лапароскопической (эндоскопической) хирургии на этапах преддипломной практики и дипломного проектирования. ПО тренажера позволяет реалистично симулировать действия различных лапаро-скопических инструментов и камеры-эндоскопа в трехмерной сцене. Авторами разработаны трехмерные модели органов человека и реализованы сценарии проведения операций, позволяющие освоить базовые навыки и техники проведения оперативного вмешательства. Для обучения базовым навыкам оперативного вмешательства созданы специализированные сцены и обучающие методики.
Abstract:The paper describes basic features of software implementation for «Virtual Surgeon» simulation training sys-tem for surgeon’s study of laparoscopy (endoscopy) skills at stages of pre-graduation training and graduation work. The de-veloped software allows realistic simulation of different laparoscopic instruments actions and video camera – endoscope in 3D scenes. There are developed 3D models of human body and operative intervention scenarios that help learning basic skills and techniques of surgery treatment. Special scenes and study methods are provided to train surgery basic skills.
Авторы: Колсанов А.В. (avkolsanov@mail.ru) - Самарский государственный медицинский университет, г. Самара, Россия, доктор математических наук, Чаплыгин С.С. (chaplyginss@mail.ru) - Самарский государственный медицинский университет, г. Самара, Россия, Иващенко А.В. (anton-ivashenko@yandex.ru) - Самарский государственный аэрокосмический университет им. академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет), Самара, Россия, доктор технических наук, Кузьмин А.В. (flickerlight@inbox.ru) - Научно-производственная компания «Маджента Девелопмент», нет, Россия, Горбаченко Н.А. (gorbachenko@magenta-technology.ru) - Самарский государственный аэрокосмический университет им. академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет), г. Самара, нет, Россия, Милюткин М.Г. (milutkin@magenta-technology.ru) - Научно-производственная компания «Маджента Девелопмент», нет, Россия
Ключевые слова: хирургия., симуляционное обучение, моделирование, аппаратно-программный комплекс
Keywords: surgery, simulation training, modeling, hardware and software
Количество просмотров: 6141
Версия для печати
Выпуск в формате PDF (7.68Мб)
Скачать обложку в формате PDF (1.35Мб)

Размер шрифта:       Шрифт:

Симуляционное обучение в медицине – это вид учебной деятельности, направленной на освоение обучающимися всех категорий практических навыков, комплексных умений и отработку командных действий при оказании медицинской помощи на основе применения симуляционных моделей: роботов-симуляторов пациента, виртуальных тренажеров, муляжей, фантомов и манекенов. Симуляционные технологии в медицине являются новым для российского здравоохранения форматом обучения с выраженным практическим акцентом, эффективно формирующим в участниках прикладные навыки через погружение в реальность [1]. В связи с этим актуальна задача разработки и внедрения современных технологий симуляционного обучения в медицинских вузах [2, 3].

Обладающие высокой реалистичностью медицинские тренажеры [4] для обучения врачей-хи­рургов навыкам и умениям, необходимым для эндохирургического вмешательства, достаточно дороги и при этом не позволяют в полной мере моделировать обратную связь, что существенно снижает достоверность тактильных ощущений. С целью устранения этого недостатка был разработан аппаратно-программный комплекс «Виртуальный хирург» [5] для 3D-моделирования опера­ционного процесса и системного обучения врача-хирурга методикам эндоскопической хирургии на этапах додипломного и последипломного образования.

Комплекс универсален, он может применяться для отработки базовых навыков и для освоения методик проведения операций, включая тактику при возникающих осложнениях. Возможность неограниченного повторения упражнений позволяет использовать комплекс для закрепления навыков. Наличие алгоритмов оценки качества в составе учебно-методических модулей комплекса дает возможность объективно оценивать результаты тренировок.

Подпись:  
Рис. 1. Диаграмма классов ПО тренажера
При разработке программной части использована модульная архитектура с четко определенными потоками данных между модулями. Это позволяет вносить изменения в реализацию каждого модуля независимо от других при условии, что объем передаваемых данных не меняется.

Система разделена на следующие основные модули:

-      модуль 3D-визуализации позволяет визуализировать операционное поле, включая органы, инструменты, течение жидкостей;

-      модуль физики обеспечивает реализацию модели физического взаимодействия в рамках операционного поля, включая обнаружение случаев взаимодействия объектов операционного поля между собой (столкновений), определение изменений в положении (перемещение) и в геометрии (деформация) объектов операционного поля, изменение топологии объектов операционного поля (нарушение целостности), обработку дискретных событий, изменяющих физическую модель операционного поля (клипирование, отрезание, коагуляция, смена инструмента и т.д.), регистрацию событий взаимодействия инструментов с объектами операционного поля с требуемой детализацией для дальнейшей обработки в модуле управления операцией, а также расчет положений и сил при взаимодействии инструментов с объектами операционного поля;

-      модуль взаимодействия с манипуляторами дает возможность обмениваться информацией с манипуляторами с максимально возможной частотой;

-      модуль управления операцией обеспечивает высокоуровневое управление всеми остальными модулями в соответствии с логикой операции, включая отслеживание и регистрацию существенных для хода операции событий, определение качественных и количественных показателей, используемых для оценки операции, отслеживание критериев аварийного завершения операции, моделирование действий хирурга, реализованных за пределами манипуляторов (например смена инструмента), и реализацию интерфейса управления операцией.

ПО 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. На рисунке 1 приведена диаграмма классов UML, иллюстрирующая особенности реализации ПО тренажера.

После загПодпись:  Рис. 2. Интерфейс симулятора: управление ходом операциирузки программного модуля требуемой методики и уровня сложности пользователь приступает к выполнению симуляции хирургического вмешательства, используя манипуляторы комплекса, действуя по методике выполнения операции и контролируя свои действия по изображению на мониторе и по ощущениям обратной силовой реакции манипуляторов. В ходе выполнения операции пользователь может выбирать разные инструменты для правой и левой руки и задавать другие параметры моделирования (см. рис. 2).

Изображение на мониторе строится на основании отслеженных изменений положения манипуляторов и команд пользователя. На рисунке 3 приведен пример моделирования лапароскопической холецистэктомии. Обратные силовые реакции манипуляторов имитируют сопротивление тканей и инструментов, создавая на рукоятках управления силы сопротивления, пропорциональные приложенным пользователем усилиям и рассчитанные по заложенным критериям сопротивления тканей и инструментов. По окончании симуляции на экран выводятся результаты работы пользователя в виде текста. Пользователь с правами администратора может выбирать методики и уровень сложности симуляции, а также распечатывать результаты.

Таким образом, по заданию оператора комплекс может проводить трехмерное моделирование операционного процесса, загружая учебно-методические модули по конкретным методикам эндоскопической хирургии. Моделирование проводится по установленным сценариям. В зависимости от уровня подготовки пользователя могут быть выбраны сценарии различной сложности, включающие особенности анатомического строения органов и варианты развития осложнений до и в ходе операции.

Следует отметить возможность оттачивания базовых навыков владения эндоскопическими инструментами. Это самый первый шаг в освоении лапароскопии, на котором в процессе выполнения нескольких упражнений студент знакомится с основными возможностями инструментов, учится правильно манипулировать ими, верно определять взаимное расположение объектов по изображению, получаемому с камеры, контролировать движение инструментов, а также координировать взаимодействие камеры и инструментов. Реализация базовых навыков потребовала разработки новых алгоритмов моделирования физических тел трехмерной сцены и обработки случаев их столкновений (см. рис. 4).

Разработанные технологии 3D-моделирования операционного процесса и учебно-методические модули позволяют обеспечить системное обучение врача-хирурга методикам эндоскопической хирургии на этапах додипломного и последипломного образования. Использование его в учебном процессе позволяет повысить качество подготовки медицинских специалистов.

Литература

1.     Филимонов В.С., Талибов О.Б., Верткин А.Л. Эффективность симуляционной технологии обучения врачей по ведению пациентов в критических ситуациях // Врач скорой помощи. 2010. № 6. С. 9–19.

2.     Свистунов А.А., Коссович М.А., Васильев М.В., Шубина Л.Б., Грибков Д.М. Оптимизация обучения лапароскопической хирургии в условиях центра непрерывного профессионального образования // Виртуальные технологии в медицине. 2012. № 1 (7). С. 27–34.

3.     Колсанов А.В., Юнусов Р.Р., Яремин Б.И., Чаплыгин С.С., Воронин А.С., Грачев Б.Д., Дубинин А.А., Назарян А.К. Разработка и внедрение современных медицинских технологий в систему медицинского образования // Врач-аспирант. 2012. № 2.4 (51). С. 584–588.

4.     Горшков М.Д., Федоров А.В. Классификация по уровням реалистичности оборудования для обучения эндохирургии // Виртуальные технологии в медицине. 2012. № 1(7). С. 35–39.

5.     Батраков М.Ю., Горбаченко Н.А., Зайцев Д.Ю., Сапцин Н.В., Иващенко А.В., Чаплыгин С.С., Колсанов А.В. Тренажер для симуляционного обучения эндоскопическому оперативному вмешательству // Перспективные информационные технологии в научных исследованиях, проектировании и обучении (ПИТ 2012): тр. науч.-технич. конф. Самара: СНЦ РАН, 2012. С. 269–273.

References

1.  Filimonov V.S., Talibov O.B., Vertkin A.L.,  Vrach skoroy pomoshchi [An emergency doctor], 2010, no. 6, pp. 9–19.

2.  Svistunov A.A., Kossovich M.A., Vasilev M.V., Shubina L.B., Gribkov D.M.,  Virtualnye tekhnologii v meditsine  [Virtual Simulators in Medicine], 2012, no. 1 (7), pp. 27–34.

3.  Kolsanov A.V., Yunusov R.R., Yaremin B.I., Chaplygin S.S., Voronin A.S., Grachev B.D., Dubinin A.A., Nazaryan A.K., Vrach-aspirant  [Postgraduate doctor], 2012, no. 2.4 (51), pp. 584–588.

4.  Gorshkov M.D., Fedorov A.V.,  Virtualnye tekhnologii v meditsine  [Virtual Simulators in Medicine], 2012, no. 1(7), pp. 35–39.

5.  Batrakov M.Yu., Gorbachenko N.A., Zaytsev D.Yu., Saptsin N.V., Ivashchenko A.V., Chaplygin S.S., Kolsanov A.V., Tr. nauch.-tekhnich. konf.  «PIT 2012»  [Proc.  of Sci. and Technolog. Conf. «PIT 2012»], Samara, SNTs RAN, 2012, pp. 269–273.


Постоянный адрес статьи:
http://swsys.ru/index.php?page=article&id=3508
Версия для печати
Выпуск в формате PDF (7.68Мб)
Скачать обложку в формате PDF (1.35Мб)
Статья опубликована в выпуске журнала № 2 за 2013 год. [ на стр. 267-270 ]

Возможно, Вас заинтересуют следующие статьи схожих тематик: