Регистрация / Вход
Прислать материал

Создание средств разработки программного обеспечения для самостоятельного формирования медицинским сообществом решений в среде симуляционных технологий в медицине с возможностью их распространения и обмена в системе здравоохранения и медицинского образования

Номер контракта: 14.607.21.0007

Руководитель: Колсанов Александр Владимирович

Должность руководителя: начальник управления инновационных технологий

Докладчик: Иващенко Антон Владимирович, Научный сотрудник

Организация: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации
Организация докладчика: государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
комплект средств разработки, виртуальный хирургия, симуляционные технологии в медицине, визуализация в медицине, анатомический атлас, виртуальное планирование, компьютерное моделирование, виртуальная реальность, 3d-модель, трехмерные объекты, трехмерные изображения

Цель проекта:
1. Задачи, на решение которых направлен реализуемый проект: ​- Разработка концепции, базовых принципов и алгоритмов позволяющих медицинским специалистам, не обладающим специальными знаниями в сфере программирования, за счет визуализации процесса моделирования различных клинических ситуаций, разрабатывать собственные решения и продукты в сфере симуляционных и визуализационных технологий в медицине; ​- Создание комплекта средств разработки программного обеспечения для тренажеров по эндоваскулярной и эндоскопической хирургии входящее в состав АПК «Виртуальный хирург» и 3D атласа человеческого тела «InBody Anatomy» (далее SDK), реализующего концепцию, базовые принципы и алгоритмы, указанные в предыдущем пункте; - ​Формирование перечней объектов и их свойств, необходимых для наполнения библиотек входящих в комплект средств разработки программного обеспечения (органы, ткани, патологии, медицинские инструменты, оборудование, медикаменты и пр.), в размере необходимом для создания пользователем SDK собственных обучающих кейсов (моделей клинических ситуаций), основанных на используемых им методиках обучения и оценки; - ​Моделирование объектов в соответствии со сформированными перечнями (органы, ткани, патологии, медицинские инструменты, оборудование, медикаменты и пр.) с целью наполнения библиотек ресурсов применяющихся при создании кейсов; ​- Создание специализированной системы распространения и обмена решений через Интернет, разработанных пользователями SDK, среди организаций здравоохранения и медицинского образования, позволяющей, в том числе, их загрузку в тренажеры по эндоваскулярной и эндоскопической хирургии АПК «Виртуальный хирург» и 3D атлас человеческого тела «InBody Anatomy»; - ​Адаптация программного и аппаратного обеспечения тренажеров по эндоваскулярной и эндоскопической хирургии АПК «Виртуальный хирург» и 3D атлас человеческого тела «InBody Anatomy» под требования создаваемого комплекта средств разработки, в том числе реализация дополнительных средств защиты программного и аппаратного обеспечения вышеуказанных продуктов, необходимых в связи с созданием SDK; - Разработка методических пособий для самостоятельного использования SDK с тренажерами по эндоваскулярной и эндоскопической хирургии входящими в состав АПК «Виртуальный хирург» и 3D атласом человеческого тела «InBody Anatomy»; - ​Разработка методического пособия по обучению работе с SDK для специалистов по информационным технологиям в медицине, работающих в вузах, клиниках, исследовательских центрах; - Разработка технической и пользовательской документация для SDK. 2 Цели реализуемого проекта: Создание средств разработки программного обеспечения (далее - СРПО) как научно-технической и методической основы: 1) для обеспечения медицинских специалистов возможностью создавать собственные решения в сфере симуляционной медицины применительно к эндоваскулярному и эндоскопическому тренажерам аппаратно-программного комплекса (АПК) «Виртуальный хирург» и высокореалистичному 3D атласу человеческого тела «InBody Anatomy» (далее - трехмерный анатомический атлас); 2) для обучения медицинских и IT-специалистов созданию решений в сфере симуляционных технологий и технологий визуализации в медицине.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Основные результаты проекта:
- Технические принципы и методические подходы создания СРПО в сфере симуляционных и визуализационных технологий в медицине;
- Архитектура СРПО и программные компоненты;
- Трехмерные компьютерные модели объектов, входящих в состав библиотек баз данных каждого из трех СРПО;
- Программные компоненты СРПО для эндоваскулярного тренажера, эндоскопического тренажера и трехмерного анатомического атласа;
- Система распространения и обмена симуляционных решений в системе здравоохранения и медицинского образования;

2. Основные характеристики результатов проекта:
- СРПО для эндоваскулярного, эндоскопического тренажера и трехмерного анатомического атласа должно быть предназначено для использования специалистами по информационным технологиям в медицине, работающими в вузах, клиниках и исследовательских центрах, для самостоятельно формирования, а также модификации существующего программного обеспечения в тренажерах по эндоваскулярной и эндоскопической хирургии, в частности, входящих в состав АПК «Виртуальный хирург» и высокореалистичного анатомического трехмерного анатомического атласа;
- СРПО должно позволять пользователям указанных выше тренажеров и атласа самостоятельно адаптировать их для собственных обучающих программ, создавать и применять при подготовке врачей всё имеющееся разнообразие авторских методик диагностики и лечения, учитывать недостаточное количество стандартизированных методик образования студентов и слушателей последипломного образования, разнообразие применяемого оборудования, инструментов и медикаментов и их различие в разных странах;
- СРПО должны быть разработаны с учетом результатов работ по адаптации и защите программного и аппаратного обеспечения указанных выше тренажеров и атласа, а также создания системы распространения и обмена, разработанных при помощи СРПО решений в системе здравоохранения и медицинского образования;
- СРПО должно включать в себя базы данных состоящие из библиотек трехмерных компьютерных моделей объектов и текстовые описания к ним, в том числе включающих в себя: основные объекты человеческого тела, поддающиеся компьютерному моделированию: органы, ткани, патологии и текстовые описания к ним, медицинские инструменты, оборудование, медикаменты, материалы;
- Трехмерные компьютерные модели должны реалистично визуально отображать объекты реального мира с которыми взаимодействует пользователь во время использования указанных продуктов, а также передавать их свойства. Трехмерные компьютерные модели должны иметь возможность использования в составе каждого СРПО посредством конвертации в форматы поддерживаемые каждым из перечисленных продуктов;
- Методическое пособие по обучению работе с СРПО должно быть предназначено для обучения преподавателей по информационным технологиям в медицине, работающих в вузах, клиниках, исследовательских центрах для подготовки, повышения квалификации и переподготовки специалистов по IT-медицине на базе медицинским специальностей и специальностей в сфере информационных технологий.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
1 Созданные средства разработки программного обеспечения будут использованы специалистами по информационным технологиям в медицине, работающими в вузах, клиниках и исследовательских центрах, для самостоятельно формирования, а также модификации существующего программного обеспечения в тренажерах по эндоваскулярной и эндоскопической хирургии, в частности, входящих в состав АПК «Виртуальный хирург» и высокореалистичного анатомического 3D Атласа человеческого тела «InBody Anatomy». Использование данного инструмента позволит пользователям указанных выше тренажеров и атласа самостоятельно адаптировать их для собственных обучающих программ, создавать и применять при подготовке врачей всё имеющееся разнообразие авторских методик диагностики и лечения, учитывать недостаточное количество стандартизированных методик образования студентов и слушателей последипломного образования, разнообразие применяемого оборудования, инструментов и медикаментов и их различие в разных странах. Распространению и коммерциализации указанных пользовательских наработок будет способствовать специализированная система распространения и обмена в системе здравоохранения и медицинского образования, создаваемая за счет внебюджетных средств в рамках данного проекта.
2 В ходе выполнения проекта предложена новая архитектура средств разработки программного обеспечения (СРПО), позволяющая, в отличие от аналогов создавать новые симуляционные решения в медицинском образовании путем интеграции различных компонентов аппаратного и программного обеспечения, использования унифицированных трехмерных анатомических моделей органов человека и хирургических инструментов. Новизна предложенных решений состоит в возможности адаптировать и конфигурировать компоненты симуляторов при внедрении симуляционных технологий в образование, построении новых аппаратно-программных комплексов и реализации авторских и инновационных методик медицинского образования. Полученные результаты проекта позволят разрабатывать и внедрять современные симуляционные решения в медицинском образовании с учетом большого разнообразия авторских методик диагностики и лечения.
3 Существующие хирургические тренажеры и анатомические атласы не позволяют использовать их компоненты для реализации новых симуляционных решений, они закрыты для модификации и не обеспечивают возможность добавления новых трехмерных моделей и другого контента.
4 Для достижения заявленных результатов используются передовые технологии программирования, проектирования программно-аппаратных комплексов, баз знаний и баз данных. При построении трехмерных моделей используются современные средства имитационного моделирования. При разработке компонентов тренажеров используется опыт по созданию АПК "Виртуальный хирург" для обучения эндоскопической и эндоваскулярной хирургии. Риски проекта включают недостаток стандартизированных методик образования студентов и слушателей последипломного образования и разнообразие применяемого оборудования, инструментов и медикаментов и их различие в разных странах. Данный риск учитывается при разработке программных компонентов.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Созданные средства разработки программного обеспечения будут использованы специалистами по информационным технологиям в медицине, работающими в вузах, клиниках и исследовательских центрах, для самостоятельно формирования, а также модификации существующего программного обеспечения в тренажерах по эндоваскулярной и эндоскопической хирургии, в частности, входящих в состав АПК «Виртуальный хирург» и высокореалистичного анатомического 3D Атласа человеческого тела «InBody Anatomy». Использование данного инструмента позволит пользователям указанных выше тренажеров и атласа самостоятельно адаптировать их для собственных обучающих программ, создавать и применять при подготовке врачей всё имеющееся разнообразие авторских методик диагностики и лечения, учитывать недостаточное количество стандартизированных методик образования студентов и слушателей последипломного образования, разнообразие применяемого оборудования, инструментов и медикаментов и их различие в разных странах. Распространению и коммерциализации указанных пользовательских наработок будет способствовать специализированная система распространения и обмена в системе здравоохранения и медицинского образования, создаваемая за счет внебюджетных средств в рамках данного проекта;
​Наличие средств разработки программного обеспечения, созданный при его помощи пользовательский контент, улучшают потребительские качества тренажеров «Виртуальный хирург» и высокореалистичного анатомического 3D Атласа человеческого тела «InBody Anatomy», дают им дополнительное конкурентное преимущество на мировом рынке по сравнению с решениями Google, Kluwer, Johnson & Johnson и других компаний. Полученные в рамках проекта международные патенты будут способствовать защите российских продуктов на мировом рынке соответствующей продукции;Разработанная концепция, базовые принципы и алгоритмы создания решений и продуктов в сфере симуляционных технологий и технологий визуализации в медицине будут использоваться медицинским сообществом и IT-компаниями для создания новых аппаратно-программных и программных комплексов, способных занять существенную долю для нового и одного из самых перспективных мировых рынков высокотехнологичной продукции.
​Разработанные методические пособия по использованию созданных в рамках проекта средства разработки, методическое пособие по обучению работе с SDK будут использованы высшими учебными заведениями для подготовки, повышения квалификации и переподготовки специалистов по IT-медицине на базе медицинским специальностей и специальностей в сфере информационных технологий. Создание соответствующих учебных программ запланировано, в том числе, в стратегической программе Центра прорывных исследований в сфере IT-медицины на базе Самарского государственного медицинского университета, является необходимым для развития в Российской Федерации такой области новой экономики как IT-медицина.
Ожидаемые результаты:
​Новая концепция, базовые принципы и алгоритмы создания решений и продуктов в сфере симуляционных и визуализационных технологий в медицине. Подходы, примененные в данной работе позволят создавать решения для других российских разработок;
​Средства, входящие в комплект SDK, для разработки и модификации программного обеспечения к эндоваскулярному и эндоскопическому тренажерам АПК «Виртуальный хирург», позволяющие пользователям самостоятельно осуществлять взаимодействие с программным обеспечением указанных продуктов и осуществлять визуальный контроль этого процесса. ​Предоставляющие, при создании обучающих кейсов, моделировать сцены и ход операции с развитием по заранее определенному или псевдослучайному сценарию, а также дающие возможность добавления или модификации предустановленных библиотек объектов;
​Средство, входящее в комплект SDK, для разработки и модификации программного обеспечения к 3D атласу человеческого тела «InBody Anatomy», позволяющее самостоятельно осуществлять взаимодействие с программным обеспечением указанного продукта и осуществлять визуальный контроль этого процесса, а также изменять предустановленные библиотеки объектов и их описаний, тем самым, открывая возможность глубокой адаптации атласа для собственных обучающих программ;
​Высокореалистичные трехмерные модели объектов (органы, ткани, патологии, медицинские инструменты, оборудование, медикаменты и пр.), предназначенные для использования в сфере симуляционных и визуализационных технологий в медицине, подготовленные в соответствии со сформированными перечнями;
​Программное и аппаратное обеспечение тренажеров по эндоваскулярной и эндоскопической хирургии АПК «Виртуальный хирург» и 3D атлас человеческого тела «InBody Anatomy», адаптированное под требования комплекта средств разработки, в том числе имеющая дополнительные механизмы защиты программного и аппаратного обеспечения вышеуказанных продуктов;
​Специализированная системы распространения и обмена решений через Интернет, разработанных пользователями SDK, среди организаций здравоохранения и медицинского образования, позволяющая, в том числе, их загрузку в тренажеры по эндоваскулярной и эндоскопической хирургии АПК «Виртуальный хирург» и 3D атлас человеческого тела «InBody Anatomy»;
Методические пособия для самостоятельного использования пользователем разработанного SDK совместно с эндоваскулярным и эндоскопическим тренажером АПК «Виртуальный хирург», высокореалистичным интерактивным анатомическим 3D-атласом человеческого тела в норме и патологии «InBody Anatomy»;
​Методическое пособие по обучению работе с SDK для специалистов по информационным технологиям в медицине, работающих в вузах, клиниках, исследовательских центрах;
​Рекомендации по реализации полученных результатов исследований в реальных секторах экономики.

Текущие результаты проекта:
- Разработаны технические принципы и методические подходы создания СРПО в сфере симуляционных и визуализационных технологий в медицине;
- Разработана архитектура СРПО, сформулированы основные требования к программным компонентам СРПО и разработаны технические задания на экспериментальные образцы СРПО для эндоскопического, эндоваскулярного тренажеров и трехмерного анатомического атласа;
- Разработана первая версия трехмерных компьютерных моделей объектов, входящих в состав библиотек баз данных каждого из трех СРПО;
- Разработано программное обеспечение компонентов СРПО для эндоваскулярного тренажера, эндоскопического тренажера и трехмерного анатомического атласа;
- Выполнено техническое проектирование системы распространения и обмена симуляционных решений в системе здравоохранения и медицинского образования.
Текущие результаты проекта позволяют сформировать облик СРПО и реализовать его основные возможности. Реализована техническая возможности загрузки новых кейсов, моделей и сценариев симуляционного обучения в эндоскопический и эндоваскулярный тренажер. Реализована возможность загрузки трехмерных моделей в анатомический атлас. Научная новизна полученных решений состоит в обеспечении возможности создания новых симуляционных решений на основе имеющихся программных компонентов.