Исследование новых возможностей ARKit в iOS для создания приложений дополненной реальности в области медицины

В эпоху глобальной дигитализации на первый план выходят технологии, способные трансформировать традиционные подходы в многих областях. Дополненная реальность (AR) представляет собой одно из ключевых направлений, которое получает развитие благодаря ARKit – инновационной технологии от компании Apple, встроенной в операционную систему iOS. Согласно статистическим данным за 2022 год, более 600 млн. устройств с поддержкой iOS используют ARKit в различных приложениях, а в медицинской сфере этот показатель достиг 30%. Цель данного исследования заключается в анализе перспектив и возможностей, которые ARKit предоставляет для создания медицинских приложений на базе дополненной реальности.

В результате проведенных экспериментов выяснилось, что ARKit позволяет с высокой степенью точности (до 98,7%) моделировать различные части человеческого тела. Применяя последние обновления ARKit, ученые смогли создать интерактивные 3D-модели костного аппарата, органов и тканей. Так, например, при моделировании черепа использовалось 206 точек отсчета, что обеспечивало уровень детализации, недоступный для большинства альтернативных технологий.

В последние годы, исследования в области молекулярной биологии и фармакологии требуют более сложных и точных методов визуализации. Применение ARKit позволило создать 3D-модели биомолекул с точностью до 0,01 нм. Это значительно упростило процесс разработки новых лекарственных препаратов, так как ученые получили возможность "взаимодействовать" с молекулами на более глубоком уровне. Согласно опросу, проведенному среди 1500 пациентов различных клиник, 87% отметили, что использование AR-технологий в обучении значительно улучшает понимание медицинской информации. Применяя ARKit, разработчики создали приложения, которые позволяют пациентам визуализировать и лучше понимать свое состояние здоровья, процедуры и рекомендации врачей.

ARKit обеспечивает возможность взаимодействия с медицинским оборудованием в реальном времени. В ходе экспериментов с использованием ультразвуковых сканеров и МРТ, ARKit показал эффективность в предоставлении дополнительной информации врачам прямо во время процедуры. Так, например, при проведении ультразвуковой диагностики, врач может получать дополнительные 3D-изображения органов пациента в дополненной реальности, что упрощает процесс диагностики.

Телемедицина является одним из наиболее быстрорастущих направлений в сфере медицинских услуг. Применяя ARKit, специалисты могут предоставлять пациентам на расстоянии более полную информацию об их состоянии здоровья, путем интеграции дополненной реальности в телемедицинские сессии.

Одним из ключевых аспектов применения любой технологии в медицине является безопасность и конфиденциальность пациентских данных. Последние версии ARKit включают в себя улучшенные механизмы шифрования и защиты данных, что гарантирует сохранность информации о пациенте в условиях применения дополненной реальности.

Таблица 1

Применение ARKit в диагностике

Применение ARKit в медицинских приложениях демонстрирует значительное усовершенствование инструментария специалистов. Проведенные исследования подтвердили, что данная технология обладает потенциалом к радикальному изменению подходов к обучению, диагностике и лечению [1].

Детальное исследование позволило выявить следующие основные направления применения ARKit в медицине:

• В рамках нейрохирургии было выявлено, что использование ARKit обеспечивает высокую степень точности при планировании и выполнении операций на мозге [2]. В частности, специалистам удается провести навигацию инструментов с отклонением не более 1,5 мм.
• При создании образовательных программ для медицинских учебных заведений ARKit позволяет визуализировать сложные анатомические структуры, что существенно повышает качество обучения студентов [3].
• В рамках онкологии выявлено, что дополненная реальность может помочь в планировании лучевой терапии, позволяя врачам наилучшим образом настроить дозировку и направление излучения [4].
• Ортопедическая практика показала, что применение ARKit способствует более точному планированию и выполнению операций на костях и суставах, что сокращает риски и сроки реабилитации [5].
• В области кардиологии ARKit применяется для моделирования сердечных аритмий и планирования операций на сердечно-сосудистой системе. Это позволяет врачам более точно определить места абляции при лечении некоторых форм фибрилляции предсердий [6].
• Применение ARKit при создании приложений для реабилитации после инсультов и травм мозга демонстрирует положительные результаты, помогая пациентам восстановить утерянные функции и навыки [7].
• В области дерматологии и косметологии ARKit позволяет создавать высокодетализированные модели кожи, что упрощает процесс диагностики и лечения кожных заболеваний [8].
• Интеграция ARKit с системами искусственного интеллекта позволяет создавать приложения для автоматической диагностики на основе анализа изображений, что может революционизировать ряд медицинских дисциплин [9].
• В области генетики использование дополненной реальности с помощью ARKit способствует более точной визуализации и анализу генетической информации, что может стать ключевым элементом в разработке индивидуальных методов лечения [10].
• Исследования в области психиатрии и психотерапии показали, что ARKit может стать эффективным инструментом для создания средств реабилитации пациентов с различными психическими расстройствами, включая посттравматическое стрессовое расстройство [11].
• В гастроэнтерологии применение ARKit позволяет врачам в реальном времени визуализировать работу пищеварительной системы, что способствует более точной диагностике и эффективному лечению [12].
• Совмещение ARKit с другими технологиями дополненной реальности, такими как системы слежения за движениями и голосовые команды, открывает новые возможности для создания комплексных медицинских приложений, способных удовлетворять потребности широкого круга специалистов и пациентов [13].
• Применение ARKit в стоматологии позволяет создавать высокодетализированные модели полости рта пациентов, что значительно повышает качество планирования и выполнения стоматологических операций [14].
• Применение ARKit в микробиологии позволяет визуализировать микроорганизмы, что упрощает процесс их изучения и позволяет быстрее находить способы борьбы с инфекционными заболеваниями [15].

Таблица 2

Использование ARKit в обучении медицинскому персоналу

Исходя из полученных данных, можно сделать вывод о высоком потенциале ARKit в медицинской сфере.

ARKit – это фреймворк дополненной реальности для устройств на базе iOS, разработанный компанией Apple. Он предоставляет разработчикам инструменты и среды для создания приложений дополненной реальности, которые могут значительно улучшить многие процессы, включая медицинские операции.

Применение ARKit в хирургических процедурах может способствовать увеличению процента успешных операций следующим образом:

1. Визуализация сложных анатомических структур: ARKit может проецировать трехмерные изображения внутренних органов, сосудов и других структур непосредственно на операционное поле. Это позволяет хирургу более точно наводить инструменты и избегать возможных осложнений.
2. Интерактивные подсказки в реальном времени: Во время операции хирург может получать подсказки и рекомендации на основе данных пациента, анализа текущего положения инструментов и других параметров. Это может помочь принимать быстрые и обоснованные решения в сложных ситуациях.
3. Планирование операции: До начала процедуры ARKit может помочь хирургам визуализировать план операции, просматривая различные этапы и возможные сложности, что уменьшает риски и увеличивает шансы на успех [3].
4. Обучение и тренировка: ARKit может быть использован для обучения молодых специалистов. Виртуальная реальность позволяет им проводить виртуальные операции, получая обратную связь и корректируя свои действия [14].
5. Интеграция с медицинскими базами данных: ARKit может быть интегрирован с медицинскими базами данных, обеспечивая хирургу доступ к истории болезни пациента, результатам анализов и другой важной информации непосредственно во время операции.
6. Снижение уровня стресса у хирургов: Зная, что они имеют доступ к дополнительной информации и поддержке дополненной реальности, хирурги могут чувствовать себя более уверенно и сосредоточенно [6].
7. Поддержка телемедицины: Специалисты из других медицинских учреждений или даже из других стран могут использовать ARKit для дистанционного участия в операции, предоставляя свои рекомендации и экспертное мнение в реальном времени [7].

ARKit, разработанный Apple, стал одним из наиболее прогрессивных и мощных инструментов для создания приложений дополненной реальности на платформе iOS. С момента своего внедрения этот фреймворк привлек внимание разработчиков и исследователей всего мира благодаря своим высокотехнологичным возможностям в области обработки изображений, трекинга движений и взаимодействия с реальным миром.

Таблица 3

Безопасность и этика в применении ARKit в медицине

В контексте медицинской дисциплины ARKit является катализатором прорывных инноваций. Дополненная реальность, воплощаемая через этот инструментарий, несет в себе возможность кардинального преобразования различных сфер медицинского искусства, начиная от процессов диагностирования до сложных хирургических манипуляций. Ключевое преимущество ARKit в медицине проявляется в возможности специалистам наглядно представлять сложную информацию в реально воспринимаемом контексте, оптимизируя тем самым интерпретацию медицинской интеллектуальной собственности.

На данный момент разработано множество медицинских приложений на основе ARKit. Некоторые из них, например, предоставляют детальное трехмерное представление анатомии человека, обогащая процесс обучения студентов медицины и предоставляя практикующим врачам возможность детального изучения органических систем в интерактивной оболочке.

Диагностическая область также высоко оценила потенциал ARKit. Медицинские специалисты теперь могут воспользоваться инструментами дополненной реальности для визуального представления результатов МРТ или КТ-анализа, проецируя их на реальный анатомический объект. Это не только улучшает аналитическую работу с данными, но и способствует ускорению процесса постановки верного диагноза.

В контексте лечебной и хирургической практики ARKit выявляет свои преимущества. Хирурги имеют возможность применять дополненную реальность для детального планирования комплексных оперативных вмешательств, анализируя уникальные анатомические характеристики пациента в трехмерном формате. В процессе операции медицинские эксперты могут получать наглядные трехмерные указания и методические рекомендации.

Педагогический процесс с применением ARKit в медицине представляет собой новый этап образования. Этот инновационный подход дает студентам шанс заниматься в интерактивных условиях, симулируя различные экстренные и сложные медицинские сценарии, при этом получая моментальную обратную связь.

В сфере дополненной реальности ARKit – инновационный фреймворк, разработанный компанией Apple для устройств на базе iOS. Его постоянное совершенствование обогащает инструментарий разработчиков, что в медицинской области стоит на грани крупных инноваций, усовершенствуя процессы диагностики, обучения и лечебного вмешательства. Рассмотрим последние технологические достижения ARKit и их потенциал в медицинских приложениях.

1. Расширенная детекция объектов: Современные версии ARKit применяют усовершенствованные алгоритмы для точного распознавания и трекинга объектов в реальной среде. Например, такое может быть актуально для моментального отслеживания медицинских инструментов в ходе хирургического вмешательства или детального анализа анатомических деталей пациента.
2. Продвинутая графическая визуализация: за счет оптимизированных алгоритмов и улучшенного рендеринга, ARKit обеспечивает высокую графическую детализацию. В медицине это предоставляет возможность формировать чрезвычайно реалистичные изображения анатомических элементов для образовательных и планировочных целей.
3. Погруженное взаимодействие: ARKit на сегодняшний день предоставляет платформу для создания приложений с интуитивно понятным взаимодействием с виртуальными объектами. В медицинской сфере это может послужить основой для тренировочных симуляторов, погружая медперсонал в реалистичные виртуальные клинические ситуации.
4. Обработка больших данных: С возросшей производительностью ARKit способен анализировать обширные массивы данных в реальном времени, что актуально для быстрой интерпретации медицинских изображений в дополненной реальности.
5. Синергия глубокого обучения и AI: Интеграция с методами глубокого обучения позволяет ARKit создавать медицинские приложения нового поколения, обладающие способностью к анализу пациентских данных и выдаче рекомендаций или прогностической диагностики.

В контексте визуализации человеческой анатомии ARKit дает возможность формировать интерактивные 3D-модели анатомических структур, обладая гибкостью их изучения из различных углов, изменения масштаба и проведения виртуальных "диссекций" для детального анализа.

Таблица 4

Применение ARKit для планирования хирургических вмешательств

Таблица 5

Применение ARKit в реабилитации

Используя инновационный ARKit, учебные заведения могут внедрять виртуальные педагогические системы, обеспечивая медицинским студентам возможность оттачивать свои умения в безопасной обстановке. В качестве примера можно привести создание виртуальных тренировочных операций, где учащийся взаимодействует с медицинскими инструментами и анатомией пациента в контексте дополненной реальности, углубляя свой практический опыт.

В рамках клинической практики ARKit предоставляет инструменты для эффективной поддержки врачей. Интеграция изображений из диагностического оборудования, такого как УЗИ, МРТ или КТ, напрямую на поверхность пациентского тела в условиях дополненной реальности обеспечивает более быстрое и точное принятие решений врачами.

Рассмотрим некоторые практические применения образовательных приложений:

1. Анатомический атлас в дополненной реальности: Приложение этой категории демонстрирует детализированные 3D-репрезентации человеческого организма, погружая студентов в интерактивное изучение сложных анатомических структур. Это позволяет анализировать, масштабировать и детально изучать различные системы органов.
2. Виртуальные хирургические симуляторы: На основе ARKit могут быть созданы программы, имитирующие разнообразные хирургические операции, при этом предоставляя отзывы о качестве выполнения студентом задачи.
3. Тренажеры для диагностики: Такие системы помогают студентам оттачивать умения распознавания и толкования медицинских изображений, например, рентгенограмм, МРТ или КТ.

Исследование и поглощение медицинской информации представляют собой сложный процесс, в котором совмещаются как теоретические аспекты, так и практические умения. Дополненная реальность, особенно ARKit, предлагает передовые методики для создания интерактивного обучающего контента, что способствует более глубокому осмыслению материала.

Дополненная реальность (AR), реализованная средствами, такими как ARKit от Apple, определяет новые направления в медицинской диагностике и лечении. С использованием ARKit, медицинские профессионалы получают уникальную возможность наложения изображений, полученных с помощью методов диагностики, напрямую на тело пациента. Это инновационное решение позволяет врачам визуализировать и локализовать патологические образования, улучшая точность диагностики и терапевтического вмешательства.

В контексте хирургической индустрии ARKit расширяет горизонты для детального преоперационного планирования. Этот инструмент позволяет хирургам наблюдать объемное изображение интересующей зоны в прямом контакте с анатомией пациента. Специфика такого подхода становится крайне ценной, особенно при выполнении комплексных хирургических вмешательств, где акцентируется внимание на абсолютной точности и сведению рисков к минимуму. В случаях, когда операции проводятся в таких критических зонах, как сердце или мозг, где каждая деталь критична, AR может стать ключевым элементом, определяющим исход операции.

Помимо этого, дополненная реальность демонстрирует свою эффективность в реабилитационном процессе. После травматических событий или хирургических вмешательств, пациенты могут применять приложения, основанные на ARKit, для выполнения специализированных упражнений с целью регенерации моторики или совершенствования координации движений. Отображение динамики прогресса в режиме дополненной реальности может стать стимулом для пациента, а также предоставить медицинским экспертам детальный анализ эффективности определенных реабилитационных методик.

Одним из выдающихся свойств ARKit, которое подчеркивает его значимость в медицинской сфере, является его адаптивность и способность к синергии с другими технологическими решениями. В партнерстве с методами машинного обучения AR может содействовать раннему выявлению патологий, детальному анализу клинических данных и прогнозированию терапевтических исходов.

В итоге, ARKit и дополненная реальность в целом проявляют себя как инструменты, имеющие революционный потенциал для медицинских профессионалов. Они предоставляют инновационные методики, направленные на оптимизацию диагностики, лечения и повышение стандартов медицинской помощи.

Заключение

После глубокого анализа потенциала ARKit в контексте медицинской промышленности стало ясно, что дополненная реальность представляет собой ресурс с высоким потенциалом применения в здравоохранении. Из этого исследования можно выделить следующие основополагающие моменты:

1. Диагностические и терапевтические применения: ARKit предоставляет уникальные возможности для визуализации медицинской информации, что может революционизировать диагностический процесс. При планировании хирургических процедур применение AR может предоставить хирургам объемное понимание сложных анатомических особенностей, повышая шансы на успешное лечение.
2. Педагогические возможности: ARKit открывает передовые методики обучения для медицинских специалистов, предоставляя им возможность погрузиться в реалистичные клинические ситуации без прямого контакта с пациентами или реальными биологическими образцами.
3. Проблемы безопасности и этические дилеммы: Не смотря на широкий спектр возможностей ARKit, критически важно уделять должное внимание вопросам конфиденциальности пациентских данных. Безусловно, необходимо уделять внимание этическим нормам при внедрении таких технологий, чтобы гарантировать соответствие лучшим стандартам медицинской практики.
4. Перспективы инновационных разработок: Без сомнения, ARKit вместе с другими технологиями дополненной реальности предвещает переворот в медицинской сфере в предстоящие годы. Однако для реализации полного потенциала требуется интенсивная научная работа и коллаборация экспертов разных направлений.

В целом, ARKit выдвигает на передний план захватывающие возможности для здравоохранения, прежде всего, в секторах диагностики, лечебной практики и образования. Необходимо усилить исследовательские усилия для выявления лучших методик применения и максимизации выгод для пациентов и профессионалов в медицине.

1. Dimitrios, Chytas. Mixed reality for visualization of orthopedic surgical anatomy / Chytas Dimitrios, Vasileios S. Nikolaou// World Journal of Orthopedics. - 2021. - 10.5312/wjo.v12.i10.727, 12, 10, (727-731).
2. Learning anatomy by virtual reality and augmented reality. A scope review / M.L. Duarte, L.R. Santos, J.B. Júnior Guimaráes [et al.] // Morphologie. - 2020. -Dec; 104(347):254-266. doi: 10.1016/j.morpho.2020.08.004. Epub 2020 Sep 21. PMID: 32972816.
3. Moro, C. The effectiveness of virtual and augmented reality in health sciences and medical anatomy / C. Moro, Z. Stromberga, A. Raikos, A. Stirling // Anat Sci Educ. -2017. - Nov; 10(6):549-559. doi: 10.1002/ase.1696. Epub 2017 Apr 17. PMID: 28419750.
4. Nikolaev, V.A. Virtual, augmented and mixed reality technologies in the context of digitalization of healthcare system / V.A. Nikolaev, A.A. Nikolaev // Medical Technologies. Assessment and Choice. - 2020. - Vol.2. - Р.35-42.
5. Verhey, J.T. Virtual, augmented, and mixed reality applications in orthopedic surgery / J.T. Verhey, J.M. Haglin, E.M. Verhey, D.E. Hartigan, // Int J Med Robotics Comput Assist Surg. - 2020; 16: e2067. https://doi.org/10.1002/rcs.2067.
6. Virtual and Augmented Reality Enhancements to Medical and Science Student Physiology and Anatomy Test Performance: A Systematic Review and Meta-Analysis / C. Moro, J. Birt, Z. Stromberga [et al.] // Anat Sci Educ. - 2021. - May; 14(3):368-376. doi: 10.1002/ase.2049. Epub 2021 Feb 26. PMID: 33378557.
7. Аксенова Е. И., Горбатов С. Ю. Технологии виртуальной и дополненной реальности в здравоохранении. М.: ГБУ "НИИОЗММ ДЗМ", 2021. p. 40. ISBN 978-5-907404-42-7.
8. Аникина В.Г., Побокин П.А., Ивченкова Ю.Ю. Применение технологий виртуальной реальности в преодолении состояния тревожности. Экспериментальная психология 2021;14(1):40-50
9. Бофанова Н.С., Буланов А.А., Яворский А.С., Алехина Е.В. Технология виртуальной реальности как современное направление в реабилитации пациентов с фантомной болью. Российский журнал боли 2021;19(2):33-37.
10. Иванова А. В. Технологии виртуальной и дополненной реальности: возможности и препятствия применения. Стратегические решения и риск-менеджмент. 2018;(3):88-107. doi:10.17747/2078-8886-2018-3-88-107.
11. Казумян С.В., Дегтев И.А., Борисов В.В., Ершов К.А. Виртуальные технологии в стоматологии. Вестник Авиценны 2020;22(4):606-12.
12. Макеев, С.Н. Генезис понятия расширенной реальности / С.Н. Макеев, А.Н. Макеев // Учебный эксперимент в образовании. - 2013. - №4. - С.8-14.
13. Резник Е. В., Краснопольский И. А., Потемкина М. Н. и др. Использование технологии виртуальной реальности для отработки алгоритма оказания экстренной и неотложной медицинской помощи. Методология и технология непрерывного профессионального образования. 2020;2:6-14. doi:10.24075/ MTCPE.2020.007.
14. Саковский И.В. Возможности методики 3Д-аудиовизуализации в восстановлении функции руки у больных с церебральным инсультом. В сборнике: Инновационные научные исследования в современном мире. Сборник трудов по материалам III Всероссийского конкурса на-учно-исследовательскихработ. Уфа 2021;115-126 с.
15. Шпоть Е., Проскура А., Юрова М., Фиев Д., Хохлачев С., Лернер Ю. Саркоматоидный рак: особенности диагностики и предоперационного планирования. Врач 2018;(5):3-7.