Design of a Virtual Reality Module for Learning Parotid Gland and Facial Nerve Anatomy
تقدم هذه الورقة تصميم وتطوير واختبار سهولة الاستخدام الأولي لوحدة واقع افتراضي مستقلة تستخدم نماذج ثلاثية الأبعاد محسنة مستمدة من التصوير السريري لتوفير تعليم غامر وتفاعلي حول التشريح المعقد للغدة النكافية والعصب الوجهي لمتدربي طب الأنف والأذن والحنجرة.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
يواجه الجراحون الذين يجرون عمليات في الرأس والرقبة تحديًا فريدًا من نوعه: فالجسم البشري عبارة عن لغز ثلاثي الأبعاد، لكن معظم الكتب المدرسية والصور الطبية هي صور مسطحة. ولتعلم الخريطة المعقدة للعضلات والأعصاب والأوعية الدموية، اعتمد المتدربون تقليديًا على تشريح الجثث البشرية. وبينما يظل هذا هو المعيار الذهبي لفهم التشريح، إلا أنه مكلف، ويصعب الوصول إليه، ولا يمكن إعادة استخدام الأنسجة الناتجة عنه. وفي السنوات الأخيرة، قدمت الطباعة ثلاثية الأبعاد حلاً وسطًا، من خلال إنشاء نماذج مادية لأجزاء محددة من الجسم. ومع ذلك، فإن هذه الأجسام المطبوعة ثابتة، ومكلفة الإنتاج، ولا يمكنها بسهولة دمج أدوات تعليمية حيوية أخرى مثل مقاطع الفيديو الجراحية أو التصوير الديناميكي. وقد برز الواقع الافتراضي، حيث يرتدي المتعلم سماعة رأس للدخول في عالم رقمي، كبديل قوي؛ فهو يسمح باستكشاف تشريحي غامر للتشريح دون القيود المادية للورق أو البلاستيك، ومع ذلك، لم تكن هناك أداة كهذه حتى الآن لتدريس المنطقة المعقدة والمحددة التي توجد فيها الغدة النكفية والعصب الوجهي.
لقد سعى فريق من الباحثين في "مايو كلينك" لبناء هذه القطعة المفقودة من لغز التعليم. فقد ركزوا على الغدة النكفية، وهي أكبر الغدد اللعابية وتقع أمام الأذن، والعصب الوجهي، الذي ينسج مساره عبرها للتحكم في عضلات الوجه. وتعد هذه المنطقة بالغة الأهمية للجراحين الذين يجرون عمليات استئصال الغدة النكفية، وهو إجراء لإزالة الأورام من الغدة. وإذا أصاب الجراح العصب الوجهي بالخطأ أثناء هذه العملية، فقد يؤدي ذلك إلى شلل وجهي دائم. أراد الباحثون إنشاء وحدة واقع افتراضي تسمح للطلاب والمقيمين بممارسة التنقل في هذه التضاريس الخطرة بأمان، وبشكل متكرر، ودون مخاطرة بالمريض.
لبناء هذه البيئة الرقمية، بدأ الفريق ببيانات طبية حقيقية. فقد أخذوا صور الأشعة المقطعية (CT) منزوعة الهوية لمريض يبلغ من العمر 29 عامًا، واستخدموا برامج متخصصة لتتبع وفصل الأنسجة المختلفة، مما أدى إلى إنشاء نموذج رقمي عالي الدقة للرأس والرقبة. كان هذا النموذج الأولي دقيقًا للغاية، حيث احتوى على أكثر من 22 مليون شكل هندسي صغير تسمى "المضلعات" (polygons)، وهي وحدات البناء في الرسومات الحاسوبية ثلاثية الأبعاد. وبينما كان هذا المستوى من التفاصيل مثاليًا لصورة ثابتة، إلا أنه كان ثقيلاً للغاية بحيث لا يمكن لسماعة واقع افتراضي مستقلة معالجته في الوقت الفعلي؛ فإذا حاول الكمبيوتر عرض كل تلك الأشكال في وقت واحد، فستتعطل الصورة أو تتجمد، مما يكسر حالة الانغماس.
ثم واجه الفريق عقبة تقنية كبيرة: كيف يجعلون النموذج خفيفًا بما يكفي ليعمل بسلاسة مع الحفاظ على دقته لتكون مفيدة؟ لقد عملوا مع رسام طبي لتشكيل وتحسين التشريح الرقمي، لضمان مطابقة الأشكال للتشريح البشري المعروف تمامًا. ثم قاموا بتقليل عدد المضلعات بشكل منهجي، حيث جردوا النموذج من التفاصيل غير الضرورية حتى وصل إجمالي النموذج إلى حوالي 806,000 مضلع. كان هذا تقليلاً بنسبة تزيد عن 96 بالمائة. وكانت النتيجة نموذجًا خفيفًا بما يكفي للعمل على سماعة رأس محمولة، ولكنه لا يزال يحتفظ بالدقة السريرية اللازمة للتدريب الجراحي. لقد أنشأوا 60 خمسة بنية تشريحية متميزة في المجمل، رغم أنهم استخدموا في النهاية 55 منها في المشهد النهائي لضمان تشغيل البرنامج دون أخطاء.
لم يكتفِ الباحثون ببناء نموذج ثلاثي الأبعاد فحسب، بل بنوا تجربة تعليمية موجهة. لقد نظموا الوحدة في سلسلة من الخطوات المتتالية، تمامًا مثل تقليب صفحات كتاب، ولكن في مساحة ثلاثية الأبعاد. وبينما ينتقل المستخدم عبر كل خطوة، يشرح الراوي التشريح، وتضيء هياكل معينة لجذب الانتباه. فعلى سبيل المثال، عندما تركز الدرس على العصب الوجهي، يتم تسليط الضوء على ذلك العصب ومحيطه المباشر فقط، بينما يظل بقية النموذج معتماً. هذه التقنية، المعروفة باسم "الإفصاح التدريجي"، تمنع المتعلم من الشعور بالإرهاق بسبب كثرة المعلومات دفعة واحدة. كما تضم الغرفة الافتراضية أدوات تعليمية أخرى على الجدران، مثل فيديو لعملية استئصال الغدة النكفية حقيقية، وعارضات تفاعلية تسمح للمستخدم بالتمرير عبر صور الأشعة المقطعية (CT) والرنين المغناطيسي (MRI) الأصلية شريحة تلو الأخرى. وهذا يسمح للمتعلم بربط النموذج الافتراضي ثلاثي الأبعاد بالصور المسطحة التي سيراها في مستشفى حقيقي.
ولاختبار ابتكارهم، دعا الفريق 36 جراحًا ومقيمًا وطالب طب لتجربة الوحدة في فعاليات تعليمية مختلفة. تمكن معظم المشاركين من التنقل في المساحة الافتراضية بمفردهم، والتحرك عبر الخطوات والتفاعل مع عناصر التحكم دون الحاجة إلى مساعدة. احتاج بعض المستخدمين، وخاصة الجدد على الواقع الافتراضي، إلى لحظة لإعادة توجيه أنفسهم، مما يشير إلى أن النسخ المستقبلية قد تستفيد من مقدمة أطول قليًا للتحكم. كما واجه الباحثون تحديات تقنية أثناء التطوير، مثل كيفية تسليط الضوء على أجزاء معينة من عظمة أو عصب كانت جزءًا من جسم رقمي واحد كبير. وقد حلوا ذلك عن طريق إنشاء أنسجة رقمية خاصة يمكنها تغيير اللون فورًا، مما سمح بـ "طلاء" المناطق المضاءة دون الحاجة إلى إعادة بناء النموذج بالكامل.
المنتج النهائي هو نموذج إثبات مفهوم يعمل بنجاح، ويثبت أن النماذج ثلاثية الأبعاد عالية الدقة المستمدة من فحوصات المرضى الحقيقية يمكن تكييفها بنجاح للاستخدام في الواقع الافتراضي المستقل والغامر. نجحت الوحدة في دمج 65 بنية تشريحية، بما في ذلك التفرع المعقد للعصب الوجهي، في بيئة واحدة تفاعلية. وبينما لم تقم الدراسة بقياس ما إذا كان الطلاب يتعلمون بشكل أفضل باستخدام هذه الأداة مقارنة بالطرق التقليدية، إلا أنها أرست منهجًا واضحًا وقابلاً للتكرار لتحويل التصوير الطبي المعقد إلى أداة تعليمية سهلة الوصول. لقد أظهر الفريق أنه من خلال الجمع بين السرد الخبير، والفيديو الجراحي، والنماذج ثلاثية الأبعاد الديناميكية، يمكنهم إنشاء بيئة تعليمية تكون في آن واحد محمولة وغنية بالتفاصيل. إن هذا العمل يسد فجوة في التعليم الطبي، ويقدم طريقة جديدة لتدريس التشريح الدقيق للوجه والرقبة للجيل القادم من الجراحين.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.