正如運動員為比賽而訓練、演員為演出而排練一樣，外科醫(yī)生也需要在手術前做好準備。

Atlas Meditech 正在通過 AI 和物理準確的模擬，為腦外科醫(yī)生帶來更具真實感的術前準備體驗。

腦外科智能平臺 Atlas Meditech 正在以提升手術效果和病人安全為己任，采用 MONAI 醫(yī)學影像框架和NVIDIA Omniverse 3D 開發(fā)平臺等工具構建 AI 決策支持和高保真手術預演平臺。

Atlas Meditech 和非營利機構 Neurosurgical Atlas 的創(chuàng)始人 Aaron Cohen-Gadol 博士表示：“Atlas 為腦外科醫(yī)生提供了一套多媒體工具，使他們能夠在手術前一晚進行手術的心理預演。我們希望通過加速計算和數(shù)字孿生，將心理預演轉變成高度逼真的模擬預演?！?/p>

Neurosurgical Atlas 為 100 多萬在線用戶提供病例研究、手術視頻和 3D 大腦模型。Cohen-Gadol 博士還是印第安納大學醫(yī)學院的神經(jīng)外科教授，據(jù)他估計，美國 90% 以上的腦外科培訓項目以及其他國家成千上萬的神經(jīng)外科醫(yī)生，都將 Atlas 作為他們住院醫(yī)師時期和手術生涯早期的重要資源。

Atlas Meditech 的 Pathfinder 軟件正在整合 AI 算法，以提出安全的手術路徑建議，幫助專家順利抵達腦部病灶。

該團隊使用了可連接和構建自定義 3D 流程和元宇宙應用的平臺——NVIDIA Omniverse，希望為病人的大腦創(chuàng)建定制的虛擬模型，以用于手術預演。

自定義 3D 大腦模型

無論是在屏幕上還是在沉浸式 VR 中，Atlas Meditech 先進模擬技術的一大優(yōu)勢是能夠自定義模擬，這樣外科醫(yī)生就可以在大小、形狀和病變部位與病人腦部相匹配的虛擬大腦上進行練習。

Cohen-Gadol 博士表示：“每個病人的解剖結構都略有不同?，F(xiàn)在我們可以利用物理學和先進的圖形技術創(chuàng)建一個特定病人的大腦模型，并利用它來觀察腫瘤并模擬腫瘤手術。精準的物理特性有利于重現(xiàn)我們在現(xiàn)實世界中的手術體驗?！?/p>

為了創(chuàng)建病人大腦的數(shù)字孿生，Atlas Pathfinder 工具采用了 MONAI Label。MONAI Label 可以通過自動注釋 MRI 和 CT 掃描圖像來區(qū)分正常結構和腫瘤，為放射科醫(yī)生提供支持。

Cohen-Gadol 博士表示：“MONAI Label 可以幫助我們對關鍵結構進行識別與保護，這是所有醫(yī)療項目都必不可少的。Atlas 正在將 MONAI Label 訓練成外科醫(yī)生的‘眼睛’，在病人的掃描圖像中區(qū)分顯示正常血管與腫瘤。”

借助病人大腦的分割視圖，Atlas Pathfinder 可以根據(jù)具體解剖結構調整其 3D 大腦模型，以體現(xiàn)腫瘤如何導致腦組織的正常結構發(fā)生變形。

Atlas Pathfinder 能夠基于可視化圖像（放射科醫(yī)生和外科醫(yī)生可以修改該圖像以提高精度），來建議最安全的手術方法，以便在不傷害大腦其他部位的情況下進入并切除腫瘤。每種方法的鏈接都會被發(fā)布到 Atlas 的網(wǎng)站上，包括該手術方案的書面教程。

Cohen-Gadol 博士表示：“在高度復雜的 3D 結構中，每一毫米都至關重要。AI 加持下的決策支持能在制定手術路徑方面發(fā)揮巨大的作用?！?/p>

為外科醫(yī)生提供逼真的預演環(huán)境

Atlas Meditech 正在使用 NVIDIA Omniverse 開發(fā)虛擬手術室，使外科醫(yī)生能夠在逼真的沉浸式環(huán)境中預演即將進行的手術。在模擬中，外科醫(yī)生可以調整病人和設備的位置。

外科醫(yī)生戴上 VR 頭顯就能在虛擬環(huán)境中逐步完成手術并獲得反饋，了解自己到達腫瘤的路徑與目標路徑的貼合度。外科醫(yī)生可以使用 AI 算法預測其在術中使用醫(yī)療器械時腦組織會如何移動，并將預估的移動情況應用到模擬大腦中。

Cohen-Gadol 博士表示：“讓外科醫(yī)生進入虛擬 3D 空間，在與病人物理特性高度相似的模擬大腦上預演手術，會具有非常重大的意義?！?/p>

為了更好地模擬大腦的物理特性，該團隊采用了 NVIDIA Omniverse 中的高級實時物理模擬引擎——NVIDIA PhysX。借助觸覺設備，他們能夠嘗試在虛擬環(huán)境中添加觸覺反饋，模仿進行腦組織手術的觸感。

展望 AI 和機器人技術

在未來外科手術培訓中的應用

Cohen-Gadol 博士相信在未來幾年中，AI 模型將能夠在術中提供更多洞察，從而進一步改進外科手術，比如提醒外科醫(yī)生注意鄰近手術區(qū)域的重要腦部結構、在術中跟蹤醫(yī)療器械、為手術的后續(xù)步驟提供指導等。

Atlas Meditech 計劃使用 NVIDIA Holoscan 平臺流式傳輸 AI 應用，為此類實時術中洞察提供支持。將 AI 分析應用于外科醫(yī)生的術中操作，可以為外科醫(yī)生提供有用的反饋，提高他們的技術水平。

Cohen-Gadol 博士表示，除了用于外科醫(yī)生的手術預演之外，大腦和手術室的數(shù)字孿生還可以幫助訓練智能醫(yī)療器械，例如使用 Isaac Sim（由 Omniverse 提供支持的機器人仿真應用）開發(fā)的顯微鏡機器人等。

點擊“閱讀原文”，觀看 Cohen-Gadol 博士在 NVIDIA GTC 上的演講。