Тема: Визуализация медицинских данных средствами виртуальной реальности

Визуализация медицинских данных занимает важное место в современной медицине и биологии. Наука не стоит на месте, поэтому существует постоянный рост темпов исследований. С каждым днем наблюдается рост объема производимых трехмерных данных, которые нуждаются в методах трехмерной визуализации, обработке, реконструкции и анализе.
С помощью методов медицинской визуализации можно без оперативного вмешательства воссоздать внутренние структуры тела человека, пронаблюдать за функцией некоторых органов или тканей. Это позволяет диагностировать заболевания, принять необходимы меры при планировании лечения пациента и хирургическом вмешательстве. Область применения методов визуализации широка: исследование и разработка в области приборостроения, получение изображений, биомедицинская инженерия, медицинская физика и информатика.
Долгое время в медицине использовались двухмерные методы визуализации, которые до сих пор находят свое применение на практике. Однако после появления 3D томографии, которая предлагала низкую стоимость, высокое разрешение, меньшие дозы радиации и более качественный результат, стали все чаще использоваться методы трехмерной визуализации. Возможность преобразования нескольких сотен двухмерных изображений в интерактивную трехмерную модель стало настоящим прорывом. Возможно не только вращать, перемещать объект, но и увидеть отдельный срез, если это необходимо. Такая модель позволяет врачам более точно диагностировать заболевания и лучше проводить планирование лечения пациента.
Не так давно появилась новая технология, которая носит название - виртуальная реальность. Это созданная техническими средствами трехмерная среда, с которой пользователь может взаимодействовать, полностью или частично погружаясь в нее. Виртуальная реальность имитирует как воздействие, так и реакции на воздействие. При помощи, например, очков виртуальной реальности, человек может увидеть искусственную сцену прямо перед собой, а также взаимодействовать с ней в реальном времени при помощи геймпада или других устройств для манипуляции.
На данный момент постепенно виртуальная реальность находит свое применение в жизни людей. Существует много игр, виртуальных гидов и тренажеров, использующих данную технологию. Но до сих пор в задачах медицинской визуализации она не использовалась. Данная работа будет посвящена визуализации медицинских данных с использованием средств виртуальной реальности. Программное обеспечение будет носить демонстрационный характер, таким образом его можно будет применять в научных исследованиях, промышленных задачах, а также в учебных целях.
Чтобы получить изображения в виртуальной реальности, необходимо будет создать программное обеспечение, которое в свою очередь будет способно читать медицинские данные не только в формате raw data, но и работать с dicom форматом, преобразовывать данные в трехмерную текстуру при помощи шейдеров, получать трехмерную модель объекта методом проекций максимальных интенсивностей, выводить на экран два изображения для левого и правого глаза отдельно, обеспечивать взаимодействие с объектом при помощи мыши и геймпада, способное при помощи шейдеров создавать текстуры, использующиеся как палитры для раскрашивания объекта, изменения яркости и контраста. Результат данного программного обеспечения - полноэкранное изображение, поделенное на две половины с изображением для каждого глаза соответственно.
Для получения изображения в виртуальной реальности можно использовать драйвер Trinus PSVR, который преобразует имеющееся изображение в то, что можно будет увидеть в очках виртуальной реальности. Существует альтернативная возможность. Это использование дополнительно сторонней библиотеки OpenVR и Stream VR перед TrinusVR. Отличие состоит в том, что в первом случае необходимо настраивать вручную расстояние между глазами и положение камеры для каждого глаза, во втором случае с этими задачами помогает справиться OpenVR. Более подробно с особенностями реализации можно ознакомиться в тексте данной работы.
Купить

В ходе данной работы была выполнена поставленная цель о реализации программного обеспечения, которое визуализирует медицинские данные средствами виртуальной реальности. Главные особенности: работа с медицинскими данными формата dicom и raw data, получение объемной визуализации, построение стереоизображения, управление палитрами, яркостью и контрастностью, управление орбитальной камерой при помощи геймпада и мыши. Основное управление принадлежит геймпаду, поскольку именно так удобнее управлять, используя очки виртуальной реальности. В программе также существует возможность переключения между нескольким объемами. Работоспособность была проверена при помощи геймпада Xbox 360 и очков виртуальной реальности Sony PlayStation VR, программное обеспечение было протестировано вручную.
Купить