Образовательные технологии в медицине

Медицинские и образовательные технологии не стоят на месте. К уровню подготовки выпускников медицинских вузов предъявляются все более высокие требования. Новые стандарты в обучении требуют иного подхода к подготовке специалистов: внимание уделяется формированию компетенций, а не только знаний, умений и навыков, как это было прежде. Сегодня необходимо использовать в учебном процессе современные образовательных технологий.

Специалистами Института инновационного развития СамГМУ ведутся работы по созданию и внедрению новых образовательных технологий в ученый процесс по следующим направлениям:

 

Медицинские тренажеры и симуляторы

Виртуальные медицинские симуляторы и тренажеры открыли новые возможности для качественной подготовки медицинских кадров. Стало возможным освоение сложнейших практических навыков без риска для пациента. Курсант работает реалистичными манипуляторами (имитацией лапароскопических инструментов, эндоскопа, хирургических инструментов, ангиографических катетеров и т.п.), а компьютер симулирует на экране изображение полностью отображающее его действия и реакцию тканей организма.

 

Разработанные тренажеры и симуляторы

На базе СамГМУ разработан ряд тренажеров и симуляторов, таких как АПК «Виртуальный хирург», тренажер для аускультации тонов сердца и легких в норме и патологии, устройство для отработки практических навыков по хирургии.

АПК «Виртуальный хирург»

Представляет собой техническую и программную платформу, на базе которой реализуются три симулятора – эндоскопической хирургии, эндоваскулярной хирургии и хирургии с открытым операционным полем.

В основе всех трёх симуляторов лежит оригинальная высокодостоверная и высокополигональная трёхмерная модель анатомии человеческого тела, разработанная благодаря сотрудничеству 3D-разработчиков и клинических анатомов в Научно-образовательном центре «Виртуальные технологии в медицине» Самарского государственного медицинского университета. Для её построения использованы многочисленные данные КТ, МРТ, 3D-сканирования реального анатомического и операционного материала человеческого тела. Для моделирования ряда объектов изготавливались отдельные анатомические препараты. Патологические ситуации, отражённые в симуляторе, смоделированы с реальных патологических случаев.

Командой программистов разработан модифицированный физический движок симулятора. Его основные модули (например, алгоритмы вытекания жидкости, смешивания жидкостей) аналогов не имеют и получили абсолютно оригинальную реализацию. Большое внимание уделяется визуальной и фактической достоверности виртуальной среды реальной картине. Для рендеринга трёхмерных моделей используются реальные текстуры, снятые с реальных тканей во время выполнения операций.

При создании конструктивной части симулятора было принято принципиальное решение отказаться от копирования зарубежных прототипов. В технической реализации симулятора сочетается использование принципиальных узлов, используемых ведущими мировыми производителями, и компонентов, изготавливаемых на предприятиях Самарской области. Это позволяет значительно снижать себестоимость и сроки изготовления симулятора.

 

Тренажер для аускультации тонов сердца и легких в норме и патологии

Тренажер разработан для обучения студентов навыкам аускультации тонов сердца и легких в норме и патологии. Записано и обработано 12 патологий сердца и 18 патологий легких. Аускультативная база набиралась в 1 и 2 кардиологических отделениях и отделении пульмонологии и аллергологии Клиник СамГМУ с помощью электронного фонендоскопа Litmann 3200. Каждый звук записывался с реального больного с обозначенной патологией.

 

Устройство для отработки практических навыков по хирургии

Целью создания устройства является упрощение конструкции медицинского тренажера, увеличение количества практических навыков по хирургии, которые можно освоить на одном тренажере; возможность одновременной работы на тренажере нескольких обучающихся.

Эта цель достигается тем, что на опорной платформе имеются: муляж покровных тканей для отработки техники зашивания ран, состоящий из пластмассовой трубки длиной до 50 см, диаметром до 12 см, покрытой снаружи слоем поролона толщиной 3 см, пропитанного силиконовым полимером для имитации кожи и подкожной клетчатки; приспособление для проверки качества завязывания узлов, состоящее из двух полихлорвиниловых трубок длиной до 50 см, фиксированных тремя металлическими креплениями; чаша высотой до 7 см, диаметром до 10 см для отработки техники завязывания узлов в глубине раны, имеющая в центре основания крючок для закрепления лигатуры; металлическая трубка длиной до 60 см для отработки техники вязания хирургических узлов.

 

Патенты

  • Симулятор “Виртуальный хирург”», - Краснов А.Н., Колсанов А.В., Чайников Т. А., Журавлев А.П., Петров Е.С., Воронин А.С. - Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ. № 2011612659. 31.03. 2011 г.
  • «Программа трехмерного моделирования анатомических объектов», - Колсанов А.В., Яремин Б.И., Назарян А.К., Чаплыгин С.С., Мурушиди М.Ю., Шорохов Е.С., Буканов В.О., Яремина Н.Е., Юнусов Р.Р. – Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2113616634 от 15 июля 2013г
  • «Программа 3D и физического моделирования операционного процесса трансфеморальной аортографии», А.В. Колсанов, С.С. Чаплыгин, Б.И. Яремин, Н.В. Сапцын, А.Г. Деренченко - Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2113616634 от 20.08.2012г
  • «Программа 3D и физического моделирования операционного процесса лапароскопической холецистэктомии», А.В. Колсанов, С.С. Чаплыгин, Б.И. Яремин, Н.В. Сапцын, А.Г. Деренченко - Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2012618247 от 11.09.2012г
  • «Средства разработки программного обеспечения эндоваскулярного тренажера», А.В. Колсанов, А.К. Назарян, А.В. Иващенко, Б.И. Яремин, А.С. Черепанов - Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2015619020 от 21.08.2015г.
  • «Средства разработки программного обеспечения эндоскопического тренажера», А.В. Колсанов, А.К. Назарян, А.В. Иващенко, С.С. Чаплыгин, А.Е. Ефимов - Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2015619019 от 21.08.2015г.
  • «Средства разработки программного обеспечения трехмерного атласа», А.В. Колсанов, А.К. Назарян, А.В. Иващенко, Д.В. Сероватов, О.А. Петров - Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2015619021 от 21.08.2015г.
  • «Экспериментальный образец средств разработки программного обеспечения для эндоскопического тренажера. Модуль определения и загрузки моделей», А.В. Колсанов, А.К. Назарян, А.В. Иващенко, А.С. Черепанов, А.В. Кузьмин - Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2015662861 от 04.12.2015г.
  • «Экспериментальный образец средств разработки программного обеспечения для эндоваскулярного тренажера. Модуль определения и загрузки моделей», А.В. Колсанов, А.К. Назарян, А.В. Иващенко, А.С. Черепанов, А.В. Кузьмин - Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2015662862 от 04.12.2015г.
  • «Экспериментальный образец средств разработки программного обеспечения для эндоваскулярного тренажера. Модуль контроля физических параметров», А.В. Колсанов, А.К. Назарян, А.В. Иващенко, А.С. Черепанов, А.В. Кузьмин - Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2015662976 от 04.12.2015г.
  • «Экспериментальный образец средств разработки программного обеспечения для эндоскопического тренажера. Модуль контроля физических параметров», А.В. Колсанов, А.К. Назарян, А.В. Иващенко, А.С. Черепанов, А.В. Кузьмин - Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2015662975 от 04.12.2015г.
  • «Экспериментальный образец средств разработки программного обеспечения для эндоваскулярного тренажера. Модуль контроля визуализации», А.В. Колсанов, А.К. Назарян, А.В. Иващенко, А.С. Черепанов, А.В. Кузьмин - Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2015662974 от 04.12.2015г.
  • «Экспериментальный образец средств разработки программного обеспечения для эндоскопического тренажера. Модуль контроля визуализации», А.В. Колсанов, А.К. Назарян, А.В. Иващенко, А.С. Черепанов, А.В. Кузьмин - Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2015662973 от 04.12.2015г.
  • «Экспериментальный образец средств разработки программного обеспечения для эндоваскулярного тренажера. Модуль сценариев операций», А.В. Колсанов, А.К. Назарян, А.В. Иващенко, А.С. Черепанов, А.В. Кузьмин - Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2015662860 от 04.12.2015г.
  • «Трехмерные компьютерные модели средств разработки программного обеспечения эндоскопических тренажеров», - А.В. Колсанов, А.К. Назарян, А.В. Иващенко, С.С. Чаплыгин, А.Е. Ефимов, - Свидетельство о государственной регистрации базы данных №2016620308 от 03.03.2016
  • «Трехмерные компьютерные модели средств разработки программного обеспечения эндоваскулярных тренажеров», - А.В. Колсанов, А.К. Назарян, А.В. Иващенко, Б.И. Яремин, А.С. Черепанов, - Свидетельство о государственной регистрации базы данных №2016620295 от 02.03.2016

Монографии

«Аппаратно-программный комплекс «Виртуальный хирург» для 3D моделирования операционного процесса и учебно-методических модулей для системного обучения врача-хирурга методикам открытой хирургии с небольшим размером операционного поля, методикам эндоваскулярной хирургии и эндоскопической хирургии на этапах додипломного и последипломного образования», - Котельников Г.П., Колсанов А.В., Юнусов Р.Р., Яремин Б.И., Чаплыгин С.С., Назарян А.К., Бардовский А.В., Воронин А.С. и др.; под редакцией Г.П. Котельникова, А.В. Колсанова / Издательство СНЦ РАН, Самара: 2013, ISBN 978-5-906605-06-1 - 260с.

 

Материалы конференций

  • ”Virtual surgeon” training suite for laparoscopy, endovascular and open surgery simulation, - A. Ivashenko, A. Dmitriev, A. Cherepanov, A. Vaisblat, A. Kolsanov, - The European simulation and modelling conference 2013, Lancaster, UK
  • Разработка Российского программно-аппаратного комплекса – симулятора УЗИ для подготовки высококвалифицированных медицинских кадров / Колсанов А.В., Назарян А.К., Чаплыгин С.С., Ларионова С.Н., Волков П.Е. // В сборнике: Перспективные информационные технологии (ПИТ 2014) труды Международной научно-технической конференции. Самара, 2014. С. 275-278.
  • Разработка 3D-симулятора эндоскопической хирургии / Колсанов А.В.,
  • Бардовский И.А., Чаплыгин С.С. // В книге: Аспирантские чтения - 2014 Материалы конференции с международным участием "Молодые ученые 21 века - от современных технологий к инновациям", посвященной 95-летию СамГМУ. Самара, 2014. С. 339-340
  • 3D Surgery Simulation Software Development Kit. // A. Kolsanov, A. Nazaryan, A. Ivaschenko // ESM’2015 International Conference, 26-28 October 2015 //International Journal of Computer Aided Engineering and Technology, p. 333-341
  • Средства моделирования реалистичных изображений эндоваскулярных симуляторов / Колсанов А.В.,Иващенко А. В., Назарян А.К., Черепанов А.С. // Проблемы автоматизации и управления в технических системах: сб. тр. Международной научно-технической конференции. , 19-21 мая 2015, Пенза, Изд-во ПГУ, 2015 г., С. 362-365
  • Средства разработки программного обеспечения хирургических тренажеров для симуляционного обучения / Колсанов А.В.,Иващенко А. В., Назарян А.К., Черепанов А.С. // Международная научно-техническая конференция "Перспективные информационные технологии ПИТ-2015", 28 - 30 апреля 2015 г., Самара, Издательство СНЦ РАН, 2015 г., С. 331 – 334
  • 3D surgery simulation software development kit /Ivaschenko A., Kolsanov A, Nazaryan A., Kuzmin A. // Proceedings of the European Simulation and Modeling Conference 2015 (ESM 2015), 2015-October 26-28, Leicester, EUROSIS-ETI, 2015
  • Intelligent SDK for 3D Surgery Simulation / A. Kolsanov, A. Nazaryan, A. Ivaschenko, A. Kuzmin // 2016 6th International Conference – Cloud System and Big Data Engineering (Confluence), January 14-15, 2016. Naida, India.
  • Разработка обучающего тренажера для аускультации тонов сердца и легких в норме и патологии. Вторые ежегодные межуниверситетские осенние чтения «Инновации для Самарской области». Сборник материалов. / Самара, 2014 г. – с. 56-57
  • Разработка обучающего тренажера для аускультации тонов сердца и легких в норме и патологии. IX Всероссийская итоговая студенческая научная конференция «Студенческая наука и медицина XXI века: традиции, инновации и приоритеты», посвященная 85-летию Клиник СамГМУ. Сборник материалов. / Самара, 2015 г. - с. 55.
  • Разработка обучающего тренажера для аускультации тонов сердца и легких в норме и патологии. Аспирантские чтения – 2015. Материалы докладов научно-практической конференции с международным участием «Молодые ученые XXI века – от идеи к практике»./ Самара, 2015 г. – с. 230-231. 

Периодические издания

  • «Разработка и применение обучающего виртуального симулятора в медицинском образовании», - Колсанов А.В., Краснов А.Н., Чаплыгин С.С., Воронин А.С., Е.С. Петров / Медицинское образование и профессиональное развитие. М., № 3, (5), 2011 с. 118-122
  • «Разработка и внедрение современных медицинских технологий в систему медицинского образования», - А.В. Колсанов, Б.И. Яремин, С.С. Чаплыгин, А.С. Воронин, Б.Д. Грачёв, Юнусов Р.Р., А.А. Дубинин, А.К. Назарян / Врач-аспирант. //2.4 (51) – 2012. С. 584-589.
  • «RBF-алгоритм и его модификации для построения поверхностных компьютерных 3D-моделей в медицинской практике», - Колсанов А.В., Воронин А.С., Яремин Б.И., Чаплыгин С.С. / Известия СНЦ РАН, том 13, №6, 2011.
  • «3D-картирование в виртуальной эндохирургии с использованием SLAM-алгоритма» - А.В. Колсанов, А.К. Назарян, Б.И. Яремин, А.С. Воронин, С.С. Чаплыгин, А.А. Миронов, Юнусов Р.Р. / Известия Самарского научного центра Российской академии наук, т. 14, №4, 2012 – С. 86-91
  • «Современное состояние и перспективы развития эндоскопической хирургии» (обзор литературы), - Колсанов А.В., Яремин Б.И., Чаплыгин С.С., Воронин А.С., Назарян А.К. / Аспирантский вестник Поволжья, №1-2, 2012, с. 182-186
  • «Виртуальные технологии в клинической анатомии человека: новая эра морфологической науки и практики», - Колсанов А.В., Назарян А.К., Яремин Б.И., Шорохов Е.С., Мурушиди М.Ю., Буканов В.О., Воронин А.С. / Морфологические ведомости, №3, 2012, с. 30-34
  • «Моделирование процедурных знаний при разработке виртуальных тренажёров-имитаторов для подготовки врачей», - А.В. Колсанов, А.Н. Краснов, И.С. Мошков, В.В. Жиров, С.С. Чаплыгин, Б.И. Яремин, А.С. Воронин / Вестник Самарского государственного технического университета. Серия “Технические науки”. 2012. № 1 (33)
  • «Научно-образовательный центр – новая форма подготовки студентов и врачей в современных условиях», - Г.П. Котельников, А.В. Колсанов, Б.И. Яремин / Медицинское образование и вузовская наука, №2 (2,2012). Москва, 2012
  • «Программное обеспечение тренажера лапароскопической хирургии», - Иващенко А.В., Кузьмин А.В., Колсанов А.В., Чаплыгин С.С., Горбаченко Н.А., Милюткин М.Г. / Программные продукты и системы – 2012, №2
  • «Программное обеспечение тренажера эндоваскулярной хирургии», - Иващенко А.В., Колсанов А.В., Яремин Б.И., Воронин А.С., Черепанов А.С., Сапцин Н.В. / Программные продукты и системы – 2012, №2
  • «Виртуальные и симуляционные технологии в медицинском образовании», - Колсанов А.В., Воронин А.С., Яремин Б.И., Чаплыгин С.С., Назарян А.К., Шорохов Е.С., Мурушиди М.Ю., Буканов В.О. / Врач-аспирант, 2013: №2.3 (57), с. 411-415.
  • «Разработка тканеинженерной конструкции на основе мультипотентных стромальных клеток жировой ткани человека, трансфицированных геном костного морфогенетического белка ВМР-2», - Бухарова Т.А., Волков А.В., Воронин А.С., Филимонов К.А., Чаплыгин С.С., Мурушиди М.Ю., Назарян А.К. / Клиническая и экспериментальная морфология, №1(5), 2013, с. 45-51
  • «Моделирование и визуализация сложных анатомических структур в системе виртуальной реальности для создания обучающих медицинских тренажеров на базе АПК «Виртуальный хирург», - Колсанов А.В., Воронин А.С., Яремин Б.И., Чаплыгин С.С., Назарян А.К. / Известия СНЦ РАН, том 15, № 4-1, 2013, с. 242-247
  • «Опыт развития виртуальных образовательных технологий в Самарском государственном медицинском университете», - Котельников Г.П., Колсанов А.В., Яремин Б.И., Чаплыгин С.С., Юнусов Р.Р., Дмитриев А.Ю. / Виртуальные технологии в медицине №2 (10), 2013, с.10-15
  • «Первый опыт создания отечественного 3D-симулятора хирургии с открытым операционным полем на брюшной стенке», - Колсанов А.В., Юнусов Р.Р., Яремин Б.И., Бульденков С.Н. / Виртуальные технологии в медицине №2 (10), 2013, с.34
  • «Опыт разработки симуляционного тренажера эндоскопической хирургии», - Колсанов А.В., Чаплыгин С.С., Бардовский И.А., Батраков М.В., Скрябин А.Е. / Виртуальные технологии в медицине №2 (10), 2013, с.34
  • «Алгоритмы определения видимости объектов сцены при симуляционном обучении базовым навыкам лапароскопии», - А.В. Кузьмин, М.Г. Милюткин, А.С. Черепанов, А.В. Иващенко, А.В. Колсанов, Р.Р. Юнусов / Известия высших учебных заведений. Поволжский регион №3(27), 2013, с.41-51
  • «Моделирование разреза при симуляционном обучении базовым навыкам лапаротомии», - А.В. Колсанов, Р.Р. Юнусов, А.В Иващенко, А.В. Кузьмин, А.Е. Голованов, А.С. Черепанов, Д.Ю. Зайцев / Информационные технологии и образование №6, 2013, с. 79-84.
  • «Virtual Surgeon System for Simulation in Surgical Training» , - Kolsanov A.V., Ivashenko A.V., Kuzmin A.V., Cherepanov A.S. / Biomedical Engenering. Vol.47, №6, March,2014, pp.285-287.
  • «Опыт создания тренингового центра при кафедре оперативной хирургии и топографической анатомии», - А.В. Колсанов, В.Д. Иванова, Р.Р. Юнусов, А.А. Дубинин, М.Ю. Мурушиди, А.С. Воронин, И.А. Бардовский, Б.И. Яремин / Виртуальные технологии в медицине №1(11), 2014, с.26
  • Architecture of software development kit for surgery training suite / Kolsanov A.,Ivaschenko A., Nazaryan A., Kuzmin A. // International Journal of Applied Engineering Research (IJAER). 2014. Vol. 9, No 24. P. 25645-25652
  • Virtual Surgeon system for simulation in surgical training / Kolsanov A.V.,Ivaschenko A.V., Kuzmin A.V., Cherepanov A.S. // Biomedical Engineering. 2014. Vol. 47, No. 6. P. 285-287
  • Сетевой компонент информационного пространства современного хирургического тренажера / Колсанов А.В.,Иващенко А. В., Назарян А.К., Кузьмин А.В. // Программные системы и вычислительные методы. 2015. № 1. С. 11-20
  • Сетевой компонент информационного пространства современного хирургического тренажера / Колсанов А.В., Назарян А.К., Иващенко А.В., Кузьмин А.В. //Программные системы и вычислительные методы. 2015. № 1. С. 11-20.

Выставки

  • «iВолга-2014» - были представлены обучающие программы «2D-ВХ», а также 3D атлас «InBody Anatomy». Каждый участник форума мог попробовать себя в качестве студента медицинского ВУЗа и провести хирургическую операцию. Также на выставке были представлены: «Стенд лечебно-профилактический гравитационной терапии», «Комбис» (устройство для заживления ран), Травматологические изделия.
  • 22-24 октября, 2014. Москва. Конференция «Симуляционное обучение в медицине РОСОМЕД-2014″. В качестве экспонатов были преставлены: АПК«Виртуальный хирург» и 3D Атлас «In Body Anatomy».
  • Форум ОНФ проходил 6-7 сентября в Москве. СамГМУ был приглашен для участия в выставке со следующими экспонатами, которые были утверждены экспертной группой от ОНФ для представления на выставке: интерактивный 3D анатомический стол «Пирогов», АПК Виртуальный хирург и «Система планирования и контроля выполнения хирургических вмешательств на основе технологий дополненной реальности». Гостями на наших выставочных стендах были: министр здравоохранения Российской̆ Федерации-Скворцова В.И., министр промышленности и торговли Российской̆ Федерации - Д.В. Мантуров, российский̆ врач-кардиохирург, профессор – Л.А. Бокерия, российский̆ педиатр и хирург, профессор - Л.М. Рошаль.
  • 30 сентября 2015 г. прошел научно-практический семинар «Импортозамещение в здравоохранении: российские инновации и господдержка». В Самарском государственном медицинском университете собрались руководители региональных медицинских учреждений, главврачи, и представители компаний, занимающихся медицинскими разработками. Особый интерес вызвали АПК «Виртуальный хирург», 3D анатомический атлас «InBody Anatomy», проект «Виртуальная клиника» с очками виртуальной реальности Oculus Rift.

Разработками в данном направлении занимается лаборатория симуляционных технологий ЦПИ «IT-медицина».

 

Контакты

Назарян Айкуш Карлосовна– заведующая лабораторией симуляционных технологий ЦПИ «IT-медицина»