Rewolucja 3D w nauczaniu anatomii w Śląskim Uniwersytecie Medycznym

Rewolucja 3D w nauczaniu anatomii w Śląskim Uniwersytecie Medycznym

Zestaw zdjęć preparatów w 3D, w tym kończyn górnych, dolnych, klatki piersiowej oraz szeregu preparatów zgodnych z programem nauczania przygotował zespół Przemysława Jędrusika, kierownika Centrum Kształcenia Zdalnego i Analiz Efektów Edukacyjnych SUM, specjalnie do nauczania anatomii.

Studenci podpowiadają nam też, który preparat jest dla nich najtrudniejszy i ten przygotowujemy w pierwszej kolejności. Będą go mogli dokładnie obejrzeć i uczyć się nie wychodząc z domu, bo dajemy możliwość korzystania z naszych preparatów na ich własnych komputerach. Nie tylko w bibliotece. wyjaśnia kierownik Centrum Kształcenia Zdalnego i Analiz Efektów Edukacyjnych SUM, Przemysław Jędrusik

Zaprojektowana i wykonana tak zaawansowana przeglądarka preparatów anatomicznych na tym poziomie wierności jest jedyna taka w Polsce. Przygotowaliśmy narzędzie dydaktyczne redefiniujące proces nauczania studentów poprzez samodzielny dostęp do materiałów w jakości nieosiągalnej do tej pory. Oczywiście nasz zbiór będzie stale się rozrastał. dodaje Przemysław Jędrusik

Anatomia uznawana jest za jeden z najtrudniejszych przedmiotów. Studenci podczas kolokwiów i egzaminów muszą wykazać się bezbłędną wiedzą teoretyczną i przede wszystkim praktyczną na temat ludzkiego ciała, co wiąże się z rozpoznaniem jego określonych struktur zaznaczonych tzw. szpilką (szczególnie trudne są te związane z budową Ośrodkowego Układu Nerwowego). Na zajęciach studenci posługują się preparatami po wydobyciu ich z utrwalającej je formaliny.

Nasz projekt to opracowanie i wdrożenie wspomagającego narzędzia edukacyjnego dla studentów, przenoszącego zdobywanie wiedzy anatomicznej do kompletnie nowego wymiaru z wykorzystaniem sztucznej inteligencji i algorytmów optymalizacyjnych. mówi Przemysław Jędrusik

Rozwój nowoczesnych technologii umożliwia szerokie zastosowanie wysokowydajnych algorytmów również w obszarach związanych z medycyną. Opierając się na nowatorskim podejściu odwzorowywania wizualizacji scen zarejestrowanych za pomocą serii zdjęć, opracowaliśmy narzędzie dydaktyczne w postaci przeglądarki wysokorozdzielczych, trójwymiarowych modeli preparatów anatomicznych. dodaje

Wykorzystana metoda opiera się na 3D Gaussian Splatting (rozpryskiwanie gaussowskie 3d) przekształcania obrazów, gdzie przestrzeń 3D jest zdefiniowana jako zbiór Gaussa, którego parametry elementów są obliczane za pomocą uczenia maszynowego.

Cały proces umożliwia przekształcanie scen fotorealistycznych w czasie rzeczywistym na podstawie małych próbek obrazów. „3D Gaussian Splatting” każdą scenę przedstawia w postaci chmury punktów oszacowanych na podstawie zestawu obrazów, przekonwertowaną na zbiór milionów cząstek (Gaussianów), gdzie każdy element zbioru posiada określone położenie, orientację, skalę, kolor oraz przezroczystość, co w konsekwencji daje obraz tak wiernie odzwierciedlający prawdziwe preparaty. wyjaśnia Jędrusik

Generalnie nie odróżnimy preparatu z ekranu komputera, który powstał dzięki wsparciu sztucznej inteligencji, od tego, który znajduje się w naczyniu z formaliną.

Wysoka jakość otrzymywanych wyników w przestrzeni 3D jest możliwa do osiągnięcia dzięki zastosowaniu uczenia maszynowego, wykorzystującego algorytm optymalizacyjny. Algorytm finalnie umożliwia elementom zbioru Gaussa lepiej dopasować drobnoziarniste szczegóły, jednocześnie usuwając nadmiarowe, zbędne elementy zbioru. Mamy zatem do dyspozycji produkt niemal doskonale odzwierciedlający rzeczywistość.

Przygotowane repozytorium umożliwia każdemu studentowi przerobienie i ugruntowanie wiedzy zdobytej na zajęciach tradycyjnych w salach sekcyjnych we własnym tempie i w dowolnym czasie, opierając się o materiały wykorzystywane na zajęciach. Wierne odwzorowanie rzeczywistych preparatów w formie modeli 3D, które można dowolnie przybliżyć, obrócić i przesunąć, zdecydowanie skraca czas nauki, przy jednoczesnej maksymalizacji zdobywanej wiedzy w zakresie anatomii. twierdzi Przemysław Jędrusik

Przydatność tradycyjnych preparatów jest krótka. Można je wykorzystywać zwykle do roku przy użytkowaniu na zajęciach dla grup studentów dwa razy w tygodniu. W Śląskim Uniwersytecie Medycznym w 2003 roku powstał program świadomej donacji zwłok. Katedra Anatomii Prawidłowej SUM posiada dziś ponad 2 tysiące aktów potwierdzonych notarialnie od osób, których wolą jest przekazanie po śmierci ciała dla SUM w celach naukowych. Nowe narzędzie edukacyjne w postaci zdjęć 3D zdecydowanie ułatwi naukę studentom Śląskiego Uniwersytetu Medycznego.