W Śląskim Uniwersytecie Medycznym w Katowicach studenci odbywają ćwiczenia z anatomii z wykorzystaniem zestawu zdjęć preparatów w 3D, przygotowanych przy udziale sztucznej inteligencji (AI).
– To edukacyjna rewolucja, która zdecydowanie ułatwi naszym studentom zdawanie niełatwego egzaminu z anatomii — prognozują władze uczelni.
Zestaw zdjęć preparatów w 3D, w tym kończyn górnych, dolnych, klatki piersiowej oraz szeregu preparatów zgodnych z programem nauczania anatomii, przygotował zespół Przemysława Jędrusika, kierownika Centrum Kształcenia Zdalnego i Analiz Efektów Edukacyjnych Śląskiego Uniwersytetu Medycznego. – 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 Przemysław Jędrusik.
Jak podkreśla, zaprojektowana i wykonana, tak zaawansowana przeglądarka preparatów anatomicznych na tym poziomie wierności jest jedyną taką 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 — zapewnia.
Czytaj też: Czy sztuczna inteligencja zastąpi lekarzy?
Anatomia uznawana jest za jeden z najtrudniejszych przedmiotów. Studenci podczas kolokwiów i egzaminów muszą wykazać się bezbłędną wiedzą teoretyczną, a przede wszystkim praktyczną na temat ludzkiego ciała, co wiąże się z rozpoznaniem jego określonych struktur zaznaczonych tzw. szpilką. Na zajęciach 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.
Według niego rozwój nowoczesnych technologii umożliwia szerokie zastosowanie wysoko wydajnych 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 — tłumaczy.
Wykorzystana metoda opiera się na rozpryskiwaniu gaussowskim 3D (ang. 3D Gaussian Splatting) 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. W konsekwencji daje to obraz tak wiernie odzwierciedlający prawdziwe preparaty – wyjaśnia Przemysław Jędrusik.
Nie odróżnimy więc preparatu z ekranu komputera, który powstał dzięki wsparciu sztucznej inteligencji, od tego, który znajduje się w naczyniu z formaliną.
Czytaj też: Sztuczna inteligencja wykryła u pacjenta groźne migotanie przedsionków
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 na materiałach wykorzystywanych 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.
Czytaj też: Sztuczna inteligencja rozpoznaje raka skóry na podstawie zdjęcia pacjenta
