Медицинская анимация - Medical animation

А медицинская анимация - это короткий образовательный фильм, обычно основанный на физиологической или хирургической теме, который визуализируется с использованием компьютерной трехмерной графики. Медицинская анимация может быть предназначена для широкой аудитории, но чаще всего используется в качестве учебного пособия для медицинских работников или их пациентов.

Ранние медицинские анимации были ограничены базовыми каркасными моделями из-за низкой скорости процессора. Однако быстрое развитие дизайна микропроцессоров и компьютерной памяти привело к появлению значительно более сложных анимаций.

Медицинскую анимацию можно рассматривать как отдельную визуализацию или в сочетании с другими сенсорными устройствами ввода, такими как дисплеи на голове, стереоскопические линзы, тактильные перчатки, интерактивные рабочие станции или Автоматические виртуальные среды пещеры (ПЕЩЕРЫ).

История

Хотя эволюционировал из области реалистичных медицинских иллюстраций (например, созданных фламандским анатомом) Андреас Везалий в 16 веке) медицинская анимация также обязана технологиям кино и компьютерным изображениям.

Период, термин медицинская анимация предшествует появлению компьютерной графики примерно на три десятилетия. Хотя первая компьютерная анимация была создана в Bell Telephone Labs в 1963 году,[1] фраза «медицинская анимация» появилась в научном контексте еще в 1932 году в «Журнале биологической фотографии».[2] Как обсуждали Кларк и Хошолл, этот термин относится к двумерным иллюстрированным кинофильмам, созданным для включения в фильмы, показываемые для студентов-медиков.[3]

Создание компьютерной медицинской анимации всерьез началось в начале 1970-х годов. Первое описание использования 3D компьютерной графики в медицинских целях можно найти в номере журнала. Наука, датированный 1975 годом. Его авторы, группа исследователей из кафедр химии, биохимии и биофизики Техасский университет A&M, описал потенциальное использование медицинской анимации для визуализации сложных макромолекулы.

К концу 1980-х медицинская анимация стала отдельным видом физиологических и хирургических инструкций.[4] К тому моменту исследователи предположили, что трехмерная медицинская анимация может иллюстрировать физиологические, молекулярные или анатомические концепции, которые в противном случае были бы невозможны.[5]

Сегодняшняя индустрия медицинской анимации - это один из аспектов индустрии компьютерной анимации, не относящейся к развлечениям, годовой доход которой по всему миру составляет 15 миллиардов долларов в год.[6]

Приложения

Обучение пациентов

Растущая тенденция среди студий медицинской анимации - создание клипов, ориентированных на объяснение хирургических процедур или фармацевтических механизмов действия в терминах, достаточно простых для понимания непрофессионала. Эти анимации можно найти на веб-сайтах больниц, на рабочих станциях врачей, на веб-сайтах здравоохранения в Интернете или в самих студиях медицинской анимации.[7][8][9][10] Такие анимации могут также появляться в телешоу, платформах OTT и других популярных развлекательных заведениях как способ просвещения аудитории по обсуждаемой медицинской теме.

Иногда эта форма анимации используется в больнице. В этом контексте клипы могут использоваться для получения полностью осознанного согласия пациентов, которым предстоит операция или лечение. Аналогичным образом, исследования показали, что медицинские анимации, обучающие пациентов, могут снизить количество случайных операций в неправильном месте.[11]

Медицинское моделирование

Из-за относительной нехватки трупов для хирургического обучения[12] и в связи с сокращением использования животных и пациентов, которые не дали согласия, институты могут использовать медицинские анимации как способ научить будущих врачей анатомическим и хирургическим концепциям. Такие симуляции можно просматривать пассивно (как в случае трехмерных медицинских анимаций, включенных на CD-ROM в пакеты медицинских учебников) или с помощью интерактивных элементов управления. Стимуляция зрительно-моторных навыков с помощью тактильных ощущений - еще одно возможное применение технологии медицинской анимации, которое связано с заменой трупов в хирургических классах инструкторами и манекенами.[13]

Создание пропорционально точных виртуальных тел часто достигается с помощью медицинских сканирований, таких как компьютерная томография (CT) или магнитно-резонансная томография (МРТ). Такие методы представляют собой экономию средств и времени, позволяющую отказаться от создания медицинских анимаций с использованием разделенных на части трупов. Например, в рамках проекта Visible Human Project Национальной медицинской библиотеки были созданы трехмерные медицинские анимации мужских и женских тел путем сканирования трупов с помощью компьютерной томографии, после чего они были заморожены, вырезаны на участки толщиной в миллиметр и записаны с использованием фотографий с высоким разрешением.[14]

Для сравнения, медицинские анимации, созданные с использованием только отсканированных данных, могут воссоздать внутренние структуры живых пациентов, часто в контексте хирургического планирования.[15][16]

Клеточная и молекулярная анимация

Медицинские анимации часто используются как метод визуализации огромного количества микроскопических процессов, происходящих в организме человека. Они могут включать взаимодействие между органеллами, транскрипцию ДНК, молекулярное действие ферментов, взаимодействие между патогенами и лейкоцитами или практически любой другой клеточный или субклеточный процесс.[17][18]

Молекулярные анимации похожи в том, что они изображают структуры, которые слишком малы для человеческого глаза. Однако эта последняя категория также способна иллюстрировать атомные структуры, которые часто слишком малы, чтобы их можно было четко визуализировать с помощью микроскопии.[19]

В сотовой анимации могут использоваться модели, созданные вручную, или модели, полученные с помощью микроскопии и последующего создания полигональных трехмерных поверхностей.

Фармацевтический механизм действия

Чтобы объяснить, как работают лекарства, производители фармацевтических препаратов могут предоставить анимацию механизма действия, часто через веб-сайты, посвященные конкретным лекарствам, отпускаемым по рецепту.[20] Эти медицинские визуализации обычно не представляют клеточные структуры полностью или пропорционально. Вместо этого анимация механизма действия может визуально упростить взаимодействие между молекулами лекарства и клетками. Эти медицинские анимации могут также объяснить физиологическое происхождение самой болезни.[21]

Инструкция по неотложной помощи

Несколько исследований показали, что трехмерную медицинскую анимацию можно использовать для обучения новичков тому, как проводить сердечно-легочную реанимацию в экстренных случаях.[22] В этих отчетах обычно предлагается использовать заранее подготовленные, озвученные анимации захвата движения, которые просматриваются с помощью мобильного телефона или другого портативного электронного устройства.[23]

Судебно-медицинская реконструкция

В области судебной экспертизы разработан ряд приложений для медицинской анимации. К ним относятся так называемая «виртуопсия» или виртуальное вскрытие с помощью МРТ останков, которые слишком повреждены, чтобы их можно было исследовать или реконструировать.[24] Аналогичным образом, медицинские анимации могут появляться в залах судебных заседаний, использоваться в качестве судебных «реконструкций» мест преступлений или воссоздавать сами преступления.[25] Допустимость таких доказательств сомнительна.

Электронное или интерактивное обучение

Исследователи предположили, что медицинскую анимацию можно использовать для распространения материалов медицинского образования в электронном виде, что позволит получать к ним доступ и использовать как профессиональным практикующим врачам, так и любителям.[26]

Хирургическое обучение и планирование

Некоторые институты используют анимацию как для обучения студентов-медиков выполнению основных операций, так и для того, чтобы дать опытным хирургам возможность расширить свой набор навыков.[27] Были проведены многочисленные исследования эффективности и осуществимости предварительного планирования хирургической операции на основе медицинской анимации. Инструменты экспериментальной анимации также были созданы как неотъемлемая технология в хирургии под визуальным контролем.[28] Сегодня в хирургическом обучении используется медицинская анимация в сочетании с виртуальной реальностью (VR), дополненной реальностью (AR) и симуляцией. [29]

Смотрите также

Источники

  1. ^ "Первая в мире компьютерная анимация: Создано Эдвардом Зажаком из AT&T Bell Laboratories ". Университет Аризоны. Архивировано из оригинал на 2011-08-15.
  2. ^ Боссе, К. (1992). «Использование анимированных рисунков в медицинских фильмах». Журнал биологической фотографии. 60 (3): 98–9. PMID  1517189.
  3. ^ Иллюстрация: техника и применение в науке. Кларк CD и Хошолл Э.М. Компания Джона Д. Лукаса. 1939. С. 386.
  4. ^ Collins, D .; Хлопок, F .; Hazen, E .; Meyer, E .; Моримото, К. (1975). «Белковые кристаллические структуры: более быстрые и дешевые подходы». Наука. 190 (4219): 1047–53. Bibcode:1975Научный ... 190.1047C. Дои:10.1126 / science.1188383. PMID  1188383.
  5. ^ Суонсон, Стэнли М .; Весоловски, Томаш; Геллер, Мацей; Мейер, Эдгар Ф. (1989). «Анимация: полезный инструмент для специалистов по молекулярной динамике белков, применяемый к водородным связям в активном центре эластазы». Журнал молекулярной графики. 7 (4): 240–2, 223–4. Дои:10.1016/0263-7855(89)80009-8. PMID  2486826.
  6. ^ Праяг А. «Медицинская анимация приобретает все большее значение». Индусская бизнес-линия. Бангалор. 14 октября 2007 г.
  7. ^ «Транскатетерная замена аортального клапана (TAVR)». Клиника Майо. 2020.
  8. ^ «Что такое мигрень». EveryDay Health. 2020.
  9. ^ «Медицинская анимация» Научная анимация. 2020.
  10. ^ «Примеры медицинской анимации» DG Medical Animations. 2020.
  11. ^ Смотрите, Лай-Чу; Чанг, И-Хуа; Чуанг, Кай-Лан; Лай, Хуэй-Ру; Peng, Pei-I .; Жан, Вэнь-Чжи; Ван, Чао-Хуэй (2011). «Анимационная программа, используемая для поощрения пациентов или членов семьи к активному участию в устранении операций с неправильным местом, неправильным человеком или процедурой: предварительная оценка». Международный журнал хирургии. 9 (3): 241–7. Дои:10.1016 / j.ijsu.2010.11.018. PMID  21167326.
  12. ^ Агорейо, Ф. (2003). «Просечение вместо рассечения человека - выход из нехватки трупов - обзорная статья». Анналы биомедицинских наук. 2 (2): 69–73. Дои:10.4314 / абс. V2i2.40648.
  13. ^ Розен, Кэтлин Р. (2008). «История медицинского моделирования». Журнал интенсивной терапии. 23 (2): 157–66. Дои:10.1016 / j.jcrc.2007.12.004. PMID  18538206.
  14. ^ Акерман MJ. «Видимый человеческий проект: получение данных». Национальная медицинская библиотека США. 27 июля 2011 г.
  15. ^ Солер, Люк; Мареско, Жак (2007). «Хирургическое моделирование для конкретного пациента». Всемирный журнал хирургии. 32 (2): 208–12. Дои:10.1007 / s00268-007-9329-3. PMID  18066615.
  16. ^ Тори, М .; Rober, N .; Moller, T .; Celler, A .; Аткинс, М. (2001). "4D пространственно-временные методы: тематическое исследование медицинской визуализации". Визуализация трудов, 2001. VIS '01. п. 473. CiteSeerX  10.1.1.16.5542. Дои:10.1109 / VISUAL.2001.964554. ISBN  978-0-7803-7200-9.
  17. ^ «Внутренняя жизнь клетки». BioVisions в Гарвардском университете. 2011 г.
  18. ^ Коллекция анимации виртуальной клетки. Учебный центр молекулярной и клеточной биологии. Государственный университет Северной Дакоты.
  19. ^ Бромберг, Сарина; Чиу, Вау; Феррин, Томас Э. (2010). «Мастерская по молекулярной анимации». Структура. 18 (10): 1261–5. Дои:10.1016 / j.str.2010.09.001. ЧВК  3071847. PMID  20947014.
  20. ^ Псориатический артрит: как работает HUMIRA. Abbott Laboratories. 2011 г.
  21. ^ «Механизм действия: узнайте больше о лечении экземы с помощью Protopic». Astellas Pharma US, Inc. 2008. Архивировано с оригинал на 2008-12-11.
  22. ^ Чоа, Минхонг; Парк, Инчхол; Чанг, Хён Су; Ю, Сун К .; Шим, Хошик; Ким, Сынхо (2008). «Эффективность инструкции сердечно-легочной реанимации: Анимация против диспетчера через сотовый телефон». Реанимация. 77 (1): 87–94. Дои:10.1016 / j.resuscitation.2007.10.023. PMID  18164119.
  23. ^ Чоа, Минхонг; Чо, Чуно; Чой, Ён Хван; Ким, Сынхо; Сун, Джи Мин; Чанг, Хён Су (2009). «Программа CPRII с использованием анимации как инструмент напоминания в достижении эффективного выполнения CPRII одним человеком». Реанимация. 80 (6): 680–4. Дои:10.1016 / j.resuscitation.2009.03.019. PMID  19410356.
  24. ^ Thali, M.J .; Браун, М .; Buck, U .; Агаев, Э .; Jackowski, C .; Vock, P .; Sonnenschein, M .; Дирнхофер Р. (2005). «ВИРТОПСИЯ - научная документация, реконструкция и анимация в судебной медицине: индивидуальный и реальный геометрический подход на основе трехмерных данных, включая оптическую поверхность тела / объекта и рентгенологическое сканирование КТ / МРТ». Журнал судебной медицины. 50 (2): 428–42. Дои:10.1520 / JFS2004290. PMID  15813556.
  25. ^ Фулчер, К. (1996). «Жюри в качестве свидетеля: судебно-медицинская компьютерная анимация доставляет присяжных к месту преступления или автомобильной аварии». Обзор права Дейтонского университета. 55: 56–76.
  26. ^ Baran, Szczepan W .; Джонсон, Элизабет Дж .; Келер, Джеймс (2009). «Введение в электронное обучение и его использование для решения проблем хирургической подготовки». Лабораторное животное. 38 (6): 202–10. Дои:10.1038 / laban0609-202. PMID  19455166.
  27. ^ Зив, Стивен д. Маленький (2000). «Безопасность пациентов и медицинское образование на основе симуляций». Учитель медицины. 22 (5): 489–95. CiteSeerX  10.1.1.138.5889. Дои:10.1080/01421590050110777. PMID  21271963.
  28. ^ Kersten-Oertel, M .; Jannin, P .; Коллинз, Д. (2012). «DVV: Таксономия для визуализации смешанной реальности в хирургии с визуальным контролем». IEEE Transactions по визуализации и компьютерной графике. 18 (2): 332–52. Дои:10.1109 / TVCG.2011.50. PMID  21383411.
  29. ^ Hsieh, M.C .; Линь, Ю. (Декабрь 2017 г.). «Приложения VR и AR в медицинской практике и образовании». Ху ли дза чжи Журнал медсестер. 64 (6): 12–18. Дои:10.6224 / jn.000078. PMID  29164542.