オペレーションの頭脳：人工知能とデジタルツインで手術の未来を地図化するアトラスメディテック
美とファッションの頂点：オペレーションの脳：アトラスメディテックが人工知能とデジタルツインで手術の未来を拓く
アスリートが試合のためにトレーニングし、俳優が公演のためにリハーサルするように、外科医も手術の前に準備をします。
今、Atlas Meditechは、AIと物理的に正確なシミュレーションを使用して、脳外科医が手術前の準備で新たなレベルのリアリズムを体験できるようにしています。
脳外科インテリジェンスプラットフォームであるAtlas Meditechは、MONAI医療画像フレームワークとNVIDIA Omniverse 3D開発プラットフォームを含むツールを採用し、AIによる意思決定サポートと高精度の手術リハーサルプラットフォームを構築しています。その使命は、手術結果と患者の安全性の向上です。
「Atlasは、脳外科医のためのマルチメディアツールのコレクションを提供し、彼らが実際の手術の前の夜に手術を精神的にリハーサルできるようにします」と、Atlas Meditechおよびその非営利団体であるNeurosurgical Atlasの創設者であるDr. Aaron Cohen-Gadolは言います。「高速計算とデジタルツインを活用して、この精神的なリハーサルを高度にリアルなシミュレーションリハーサルに変えたいと考えています。」
Neurosurgical Atlasは、脳の症例研究、手術ビデオ、および3Dモデルを100万以上のオンラインユーザーに提供しています。Atlas Meditechの創設者であり、インディアナ大学医学部の神経外科の教授でもあるDr. Cohen-Gadolによれば、米国の脳外科手術トレーニングプログラムの90％以上、および他の国の数万人の神経外科医が、レジデンシーや手術キャリア初期において、Atlasを主要なリソースとして利用しています。
Atlas MeditechのPathfinderソフトウェアは、専門家が脳内のレッションに到達するための安全な手術経路を提案できるAIアルゴリズムを統合しています。
NVIDIA Omniverseは、カスタムの3Dパイプラインとメタバースアプリケーションを接続および構築するためのプラットフォームであり、チームは手術リハーサルのために個々の患者の脳のカスタム仮想表現を作成することを目指しています。
人間の脳のカスタム3Dモデル
Atlas Meditechの高度なシミュレーション（画面上または没入型仮想現実）の主な利点は、シミュレーションをカスタマイズできることです。これにより、外科医は、患者の脳のサイズ、形状、および病変の位置に一致する仮想脳で練習できます。
「すべての患者の解剖学は少し異なります」とDr. Cohen-Gadolは言います。「物理学と高度なグラフィックスを使用することで、脳の患者固有のモデルを作成し、腫瘍に対してどのように視覚化し、仮想的に手術するかを確認できます。物理的な特性の精度は、手術中の現実世界での経験を再現するのに役立ちます。」
患者の脳のデジタルツインを作成するために、Atlas PathfinderツールはMONAI Labelを採用しており、MRIやCTスキャンを自動的に注釈付けし、正常な構造と腫瘍をセグメント化することで放射線技師のサポートを行うことができます。
「MONAI Labelは、重要な構造物をセグメント化し保護する機会を提供するため、どの医療プロジェクトにも必要です」とDr. Cohen-Gadolは述べています。「Atlasでは、MONAI Labelを外科医の目として訓練し、個々の患者のスキャンで正常な血管と腫瘍をハイライトするようにしています。」
患者の脳のセグメント化されたビューを持つAtlas Pathfinderは、3D脳モデルを患者の特定の解剖学に合わせて形状変更し、腫瘍が脳組織の正常な構造をどのように変形させるかを捉えることができます。
可視化に基づいて（放射線技師と外科医が精度を向上させるために修正できる）、Atlas Pathfinderは、脳の他の部位を傷つけずに腫瘍にアクセスして除去するための最も安全な手術アプローチを提案します。各アプローチは、オペレーティブプランの文章チュートリアルを含むAtlasのウェブサイトにリンクされています。
「AIによる意思決定サポートは、1ミリ単位で重要な高度に複雑な3D構造をナビゲートする際に大きな違いをもたらすことができます」とDr. Cohen-Gadolは述べています。
手術医のためのリアルなリハーサル環境
Atlas Meditechでは、NVIDIA Omniverseを使用して、外科医がリアルな環境に没入して今後の手術をリハーサルできる仮想手術室を開発しています。シミュレーションでは、外科医は患者と設備の配置を変更できます。
VRヘッドセットを使用することで、外科医はこの仮想環境内で作業し、手順ごとに手術を進め、目標経路にどれだけ近づいているかのフィードバックを受け取ることができます。AIアルゴリズムは、手術中に外科医が医療機器を使用する際に脳組織がどのように変位するかを予測し、それをシミュレートされた脳に適用することができます。
「術者が仮想の3D空間に入り、頭蓋骨の一部を切り取って患者と似た物理的特性を持つシミュレートされた脳を使って手術を練習する力は非常に大きいでしょう」とCohen-Gadol博士は述べました。
脳の物理的特性をよりリアルにシミュレートするため、チームはNVIDIA Omniverseの一部である高度なリアルタイム物理シミュレーションエンジンであるNVIDIA PhysXを採用しました。触覚デバイスを使用して、仮想環境に触覚フィードバックを追加し、脳組織で作業している感覚を再現することができました。
AIとロボット技術を手術訓練の未来に見据えて
Cohen-Gadol博士は、将来AIモデルが手術中に追加の洞察を提供することで手術をさらに向上させると信じています。例えば、手術中に手術範囲に隣接する重要な脳構造について外科医に警告し、手術中の医療器具のトラッキング、手術の次のステップにガイドを提供するなどです。
Atlas Meditechは、これらのリアルタイムな手術中洞察を可能にするために、NVIDIA Holoscanプラットフォームを探求する予定です。手術中の外科医の行動にAI分析を適用することで、外科医には技術を向上させるための有用なフィードバックが提供されます。
Cohen-Gadol博士は、手術のリハーサルに使用されるだけでなく、脳や手術室のデジタルツインはIsaac SimなどのOmniverseで開発されたロボットシミュレーションアプリケーションを使用して、顕微鏡ロボットなどのインテリジェントな医療器具の訓練に役立つことができます。
NVIDIA GTCで行われたCohen-Gadol博士のプレゼンテーションをご覧ください。
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