Медицинская анимация
Медицинская анимация — это короткий образовательный фильм, обычно основанный на физиологической или хирургической теме и созданный с использованием компьютерной 3D-графики. Хотя медицинская анимация может быть предназначена для самой разной аудитории, она чаще всего используется в качестве учебного пособия для медицинских работников или их пациентов.
Ранняя медицинская анимация ограничивалась базовыми каркасными моделями из-за низкой скорости процессора. Однако быстрая эволюция конструкции микропроцессоров и компьютерной памяти привела к тому, что анимация стала значительно более сложной.
Медицинскую анимацию можно рассматривать как отдельную визуализацию или в сочетании с другими устройствами сенсорного ввода, такими как головные дисплеи, стереоскопические линзы, тактильные перчатки, интерактивные рабочие станции или автоматические виртуальные среды Cave (CAVE).
История [ править ]
Хотя медицинская анимация возникла из области реалистичных медицинских иллюстраций (например, созданных фламандским анатомом Андреасом Везалием в 16 веке), она также обязана технологиям кино и компьютерным изображениям.
Термин «медицинская анимация» появился примерно на три десятилетия раньше появления компьютерной графики. Хотя первая компьютерная анимация была создана в Bell Telephone Labs в 1963 году, [1] фраза «медицинская анимация» появляется в научном контексте еще в 1932 году в Журнале биологической фотографии. [2] Как обсуждали Кларк и Хошалл, этот термин относится к двумерным иллюстрированным кинофильмам, созданным для включения в фильмы, показываемые студентам-медикам. [3]
Создание компьютерной медицинской анимации началось всерьез в начале 1970-х годов. Первое описание использования 3D-компьютерной графики в медицинских целях можно найти в номере журнала Science за 1975 год. Его авторы, группа исследователей с факультетов химии, биохимии и биофизики Техасского университета A&M , описал потенциальное использование медицинской анимации для визуализации сложных макромолекул .
К концу 1980-х годов медицинская анимация стала отдельным видом физиологического и хирургического обучения. [4] К тому моменту исследователи предположили, что медицинская 3D-анимация может иллюстрировать физиологические, молекулярные или анатомические концепции, которые в противном случае были бы невозможны. [5]
Сегодняшняя индустрия медицинской анимации представляет собой один из аспектов неразвлекательной индустрии компьютерной анимации, годовой доход которой по всему миру составляет 15 миллиардов долларов. [6]
Приложения [ править ]
Обучение пациентов [ править ]
Растущей тенденцией среди студий медицинской анимации является создание видеороликов, объясняющих хирургические процедуры или механизмы действия фармацевтических препаратов в терминах, достаточно простых для понимания непрофессионала. Эти анимации можно найти на веб-сайтах больниц, на рабочих местах в кабинетах врачей, на веб-сайтах, посвященных вопросам здравоохранения, или в самих студиях медицинской анимации. [7] [8] [9] [10] Такие анимации могут также появляться в телевизионных шоу, OTT-платформах и других популярных развлекательных заведениях как способ ознакомить аудиторию с обсуждаемой медицинской темой.
Иногда эта форма анимации используется в больнице. В этом контексте клипсы могут использоваться для получения полного информированного согласия от пациентов, которым предстоит операция или лечение. Аналогичным образом, исследования показали, что обучающая медицинская анимация пациентов может снизить количество случайных операций в неправильном месте. [11]
Медицинское моделирование [ править ]
Из-за относительной нехватки трупов, которые можно использовать для хирургического обучения, [12] и в связи с сокращением использования животных и пациентов, не давших согласия, институты могут использовать медицинскую анимацию как способ обучения будущих врачей анатомическим и хирургическим концепциям. Такие симуляции можно просматривать пассивно (как в случае с 3D-медицинской анимацией, включенной на компакт-диске в пакеты медицинских учебников) или с использованием 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 тренажерами и манекенами. [13]
Создание пропорционально точных виртуальных тел часто достигается с помощью медицинских сканирований, таких как компьютерная томография (КТ) или магнитно-резонансная томография (МРТ). Такие методы представляют собой экономию средств и времени по сравнению с созданием медицинской анимации с использованием секционных трупов. Например, в рамках проекта «Видимый человек» Национальной медицинской библиотеки были созданы медицинские 3D-анимации мужских и женских тел путем сканирования трупов с помощью компьютерной томографии, после чего они были заморожены, разделены на срезы толщиной в миллиметр и записаны с использованием фотографий высокого разрешения. [14]
Для сравнения: медицинская анимация, созданная с использованием только отсканированных данных, может воссоздать внутреннюю структуру живых пациентов, часто в контексте хирургического планирования. [15] [16]
Клеточная и молекулярная анимация [ править ]
Медицинская анимация часто используется 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]
Молекулярная анимация схожа тем, что изображает 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 клеточной анимации могут использоваться модели, созданные вручную или модели, созданные на основе микроскопии и последующего создания полигональных 3D-поверхностей.
Фармацевтический механизм действия [ править ]
Чтобы объяснить, как действуют лекарства, фармацевтические производители могут предоставлять анимацию механизма действия, часто через веб-сайты, посвященные конкретным лекарствам, отпускаемым по рецепту. [20] Эти медицинские визуализации обычно не представляют клеточные структуры полностью точным или пропорциональным образом. 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 [ править ]
Несколько исследований показали, что медицинская 3D-анимация может использоваться для обучения новичков тому, как проводить сердечно-легочную реанимацию в экстренных случаях. [22] Эти отчеты обычно предполагают использование заранее подготовленных, озвученных голосом анимаций захвата движения, которые просматриваются с помощью мобильного телефона или другого портативного электронного устройства. [23]
Судебно-медицинская реконструкция [ править ]
В сфере криминалистики разработан ряд приложений для медицинской анимации. К ним относятся так называемая «виртутопсия» или виртуальное вскрытие с помощью МРТ останков, которые слишком повреждены, чтобы их можно было осмотреть или реконструировать иным образом. [24] Аналогичным образом, медицинская анимация может появляться в залах суда, использоваться в качестве судебно-медицинской «реконструкции» мест преступлений или воссоздавать сами преступления. [25] Приемлемость таких доказательств сомнительна.
или обучение интерактивное Электронное
Исследователи предположили, что медицинская анимация может использоваться для распространения медицинских образовательных материалов в электронном виде, позволяя получать к ним доступ и использовать их как профессиональным, так и практикующим врачам-любителям. [26]
подготовка планирование и Хирургическая
Некоторые институты используют анимацию как для обучения студентов-медиков выполнению базовых операций, так и для того, чтобы дать опытным хирургам возможность расширить свой набор навыков. [27] Было проведено множество исследований эффективности и осуществимости предварительного планирования хирургического вмешательства на основе медицинской анимации. Экспериментальные инструменты анимации также были созданы как неотъемлемая технология в хирургии под визуальным контролем. [28] Сегодня в хирургической подготовке используется медицинская анимация в сочетании с виртуальной реальностью (VR), дополненной реальностью (AR) и симуляцией. [29] [30]
См. также [ править ]
- 3D компьютерная графика
- Компьютерная анимация
- Медицинский иллюстратор
- Медицинская иллюстрация
- Современная анимация в США
Источники [ править ]
- ^ « Первая в мире компьютерная анимация : создана Эдвардом Э. Заджаком из AT&T Bell Laboratories» . Университет Аризоны. Архивировано из оригинала 15 августа 2011 г.
- ^ Боссе, К.К. (1992). «Использование анимационных рисунков в медицинском кино». Журнал биологической фотографии . 60 (3): 98–9. ПМИД 1517189 .
- ^ Иллюстрация: техника и применение к наукам . Кларк CD и Хошолл EM. Компания Джона Д. Лукаса. 1939. стр. 386.
- ^ Коллинз, Д.; Коттон, Ф.; Хазен, Э.; Мейер, Э.; Моримото, К. (1975). «Кристаллические структуры белка: более быстрые и дешевые подходы». Наука . 190 (4219): 1047–53. Бибкод : 1975Sci...190.1047C . дои : 10.1126/science.1188383 . ПМИД 1188383 . S2CID 44583219 .
- ^ Суонсон, Стэнли М.; Весоловский, 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 . ПМИД 2486826 .
- ^ Праяг А. «Медицинская анимация приобретает все большее значение». Индуистское бизнес-направление . Бангалор. 14 октября 2007 г.
- ^ «Транскатетерная замена аортального клапана (TAVR)». Клиника Майо. 2020.
- ^ «Что такое мигрень». Здоровье на каждый день. 2020.
- ^ Научная анимация "Медицинская анимация" . 2020.
- ^ «Примеры медицинской анимации» DG Medical Animations. 2020.
- ^ Видишь ли, Лай-Чу; Чанг, И-Хуа; Чуанг, Кай-Лан; Лай, Хуэй-Жу; Пэн, Пэй-И.; Жан, Вэнь-Чи; Ван, Чао-Хуэй (2011). «Анимационная программа, используемая для поощрения пациентов или членов семьи к тому, чтобы они играли активную роль в исключении операций, выполненных не в том месте, не у того человека и с неправильными процедурами: предварительная оценка». Международный журнал хирургии . 9 (3): 241–7. дои : 10.1016/j.ijsu.2010.11.018 . ПМИД 21167326 .
- ^ Агорейо, ФО (2003). «Прозекция вместо рассечения человека - выход из нехватки трупов - обзорная статья». Анналы биомедицинских наук . 2 (2): 69–73. дои : 10.4314/abs.v2i2.40648 .
- ^ Розен, Кэтлин Р. (2008). «История медицинского моделирования». Журнал критической помощи . 23 (2): 157–66. дои : 10.1016/j.jcrc.2007.12.004 . ПМИД 18538206 .
- ^ Акерман М.Дж. «Проект «Видимый человек»: получение данных». Национальная медицинская библиотека США. 27 июля 2011 г.
- ^ Солер, Люк; Мареско, Жак (2007). «Хирургическое моделирование с учетом особенностей пациента». Всемирный журнал хирургии . 32 (2): 208–12. дои : 10.1007/s00268-007-9329-3 . ПМИД 18066615 . S2CID 20557550 .
- ^ Тори, М.; Робер, Н.; Моллер, Т.; Селлер, А.; Аткинс, М.С. (2001). «4D-пространственно-временные методы: пример медицинской визуализации». Визуализация трудов, 2001. ВИС '01 . п. 473. CiteSeerX 10.1.1.16.5542 . дои : 10.1109/VISUAL.2001.964554 . ISBN 978-0-7803-7200-9 . S2CID 476796 .
- ^ «Внутренняя жизнь клетки». Архивировано 19 февраля 2011 г. в Wayback Machine BioVisions в Гарвардском университете. 2011.
- ^ Коллекция анимации виртуальных ячеек. Учебный центр молекулярной и клеточной биологии. Государственный университет Северной Дакоты.
- ^ Бромберг, Сарина; Чиу, Вау; Феррин, Томас Э. (2010). «Мастерская по молекулярной анимации» . Структура . 18 (10): 1261–5. doi : 10.1016/j.str.2010.09.001 . ПМК 3071847 . ПМИД 20947014 .
- ^ Псориатический артрит: как работает HUMIRA. Лаборатории Эбботт. 2011.
- ^ «Механизм действия: узнайте больше о лечении экземы с помощью протопика» . Astellas Pharma US, Inc., 2008 г. Архивировано из оригинала 11 декабря 2008 г.
- ^ Чоа, Минхонг; Парк, Инчхоль; Чунг, Хён Су; Ю, Сун К.; Шим, Хошик; Ким, Сынхо (2008). «Эффективность инструкций по сердечно-легочной реанимации: анимация против диспетчера через сотовый телефон». Реанимация . 77 (1): 87–94. doi : 10.1016/j.resuscitation.2007.10.023 . ПМИД 18164119 .
- ^ Чоа, Минхонг; Чо, Чуно; Чхве, Ён Хван; Ким, Сынхо; Сун, Джи Мин; Чунг, Хён Су (2009). «Программа CPRII с анимацией как инструмент напоминания о достижении эффективной эффективности сердечно-легочной реанимации одним человеком». Реанимация . 80 (6): 680–4. doi : 10.1016/j.resuscitation.2009.03.019 . ПМИД 19410356 .
- ^ Тали, MJ; Браун, М.; Бак, Ю.; Агаев Э.; Джековский, К.; Вок, П.; Зонненшайн, М.; Дирнхофер, Р. (2005). «ВИРТОПСИЯ - научная документация, реконструкция и анимация в судебной медицине: геометрический подход на основе индивидуальных и реальных трехмерных данных, включая оптическую поверхность тела / объекта и радиологическое сканирование КТ / МРТ». Журнал судебной медицины . 50 (2): 428–42. дои : 10.1520/JFS2004290 . ПМИД 15813556 .
- ^ Фулчер, КЛ (1996). «Присяжные как свидетель: судебно-медицинская компьютерная анимация переносит присяжных на место преступления или автомобильной аварии» . Обзор права Дейтонского университета . 55 : 56–76.
- ^ Баран, Щепан В.; 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 . ПМИД 19455166 . S2CID 35044289 .
- ^ Зив, Стивен Д. Малый (2000). «Безопасность пациентов и медицинское образование на основе моделирования». Учитель медицины . 22 (5): 489–95. CiteSeerX 10.1.1.138.5889 . дои : 10.1080/01421590050110777 . ПМИД 21271963 . S2CID 41359087 .
- ^ Керстен-Эртель, М.; Джаннин, П.; Коллинз, Д.Л. (2012). «DVV: Таксономия визуализации смешанной реальности в хирургии под визуальным контролем». Транзакции IEEE по визуализации и компьютерной графике . 18 (2): 332–52. дои : 10.1109/TVCG.2011.50 . ПМИД 21383411 . S2CID 16027055 .
- ^ Се, MC; Лин, Ю.Х. (декабрь 2017 г.). «Приложения VR и AR в медицинской практике и образовании». Ху Ли За Чжи Журнал сестринского дела . 64 (6): 12–18. дои : 10.6224/jn.000078 . ПМИД 29164542 .
- ^ Далисай, Л. (2013). «Как медицинская 3D-анимация приносит пользу отрасли здравоохранения» . Геометрическая медицина .