В результате хирург, находясь в стерильной зоне операционной, сможет управлять оборудованием с помощью жестового интерфейса, используя виртуальную клавиатуру и другие средства управления современными хирургическими приборами. Например, он сможет найти на большом экране монитора нужную точку в трехмерном отображении сердца больного, подвести к ней электрод и дать команду прибору на необходимые действия.

— Мы не раз бывали в первой областной больнице, изучали потребности и задачи хирургов-кардиологов, — пояснил заведующий сектором компьютерной визуализации института, кандидат технических наук Владимир Авербух. — Современные технологии сделали операционную похожей на кабину авиалайнера, где все оборудование управляется через компьютер. Врачи управляют исследованием больного с помощью огромных пультов, которые оборудованы, кроме обычных мониторов, множеством кнопок и рычагов. При проведении операций для контроля состояния больного используется рентгеновское облучение. Во время операции и больной, и врач находятся под его воздействием. Причем если больной обычно находится в этих условиях непродолжительное время (около 15 минут), то врач — весь операционный день, а то и все 10 часов, и так на протяжении многих лет. Сложно создать также стерильные условия в операционной при наличии в ней компьютеров. Нам предстояло обеспечить безопасную работу хирурга с современным оборудованием в зоне стерильности. Наша задача — убрать врача из зоны облучения, но при этом обеспечить ему возможность надежного и удобного взаимодействия с приборами, уменьшив риск неточности и ошибок.

Ученым нужно было разработать более простой и безопасный для врачей способ управления техникой. Решить эти проблемы как раз позволяет жестовый интерфейс. Именно его созданием и занялись разработчики. Созданный ими, в отличие от уже существующих аналогов, наиболее прост в применении, не требует дополнительного обучения операторов. Как пояснил главный программист отдела системного обеспечения сектора компьютерной визуализации Илья Стародубцев, в аналогичных интерфейсах команды на компьютер подаются с помощью жестов, подобных азбуке глухонемых. В нашем — компьютер захватывает любой жест. Для управления реальным объектом не нужна сложная техника: обычный ноутбук, программное обеспечение, которое захватывает руку, распознает жест и на основе распознанных жестов делает серию команд. Как любой другой интерфейс, он может использоваться для управления чем угодно. Как это работает, Илья Стародубцев продемонстрировал, управляя полетом квадрокоптера.

Но для современной кардиохирургии этого недостаточно. Необходимы также программы, позволяющие изучать внутреннюю структуру предмета с помощью средств виртуальной реальности. Ученые используют расширенную виртуальную реальность. Главное ее отличие в том, что, кроме виртуального объекта, на экране монитора можно видеть и реальный объект (свои руки, например). Это дает возможность засунуть голову внутрь объекта и посмотреть, как он устроен изнутри, потрогать его руками, воздействовать на него. Без жестового интерфейса это невозможно.

Ну и, конечно, нужна математическая модель сердца. Ее созданием ученые занимаются совместно с коллегами из Института иммунологии и физиологии УрО РАН. Как отметил директор Института математики и механики, доктор физико-математических наук Николай Лукоянов, математические 3D-модели сердца в мире есть, но они не очень физиологичны: это просто хорошие объемные картинки. На них невозможно настраивать конкретные параметры сердца. Уральская модель учитывает строение и расположение волокон сердца, ее можно будет настраивать под конкретного человека и смотреть, как сердце будет работать в разных режимах.

—  Если такие эксперименты проводить на велотренажере, человек может и умереть, — пояснил Николай Лукоянов. — Но натурные эксперименты можно провести и на компьютере. Это сделать реально. Математическое моделирование для того и нужно, чтобы, не вкладывая огромных денег, посмотреть на компьютере, как сердце будет функционировать в тех или иных условиях, отбросить заведомо ложные варианты решений и работать лишь с наиболее верными.

Модель сердца пока не до конца закончена: ее надо модернизировать, отлаживать. Для отладки модели нужна ее визуализация.

Естественно, что такие сложные расчеты были бы невозможны, не имей институт суперкомпьютер. Его мощность выше, чем у обычного персонального, примерно в 100—1000 раз. Уральские математики создавали его сами из готовых (импортных) блоков. Построением суперкомпьютера занимается специальный отдел. Именно на нем рассчитывается математическая модель сердца, траектории вывода на орбиту ракет-носителей, решаются другие задачи. Балансовая стоимость суперкомпьютера примерно 146 млн рублей. Как и любая электронная техника, он нуждается в постоянном обновлении и модернизации. А это дорогое удовольствие. Ученые надеются, что, несмотря на реформирование научных учреждений, деньги на это будут выделять.

Как отметил Владимир Авербух, пока ученые разрабатывают лишь прототипы, которые еще нужно будет доводить под конкретную задачу.

— Мы пытаемся найти заказы, — сказал он. — Институт может этим заниматься и получать хорошие результаты, в том числе для медиков. Это очень интересная и перспективная работа. Как только будет серьезный заказ, начнем разработки под конкретную задачу.

[youtube]9ne0gxsJp3w[/youtube]