Изобретатель из Твери разработала анатомический 3d атлас для обучения студентов-медиков

Руководитель Центра "Технополис" ТвГТУ Ирина Соколова вошла в десятку лучших молодых изобретателей России и получила диплом лауреата и кубок молодежной премии ВОИР за свой проект "Разработка 3d атласа анатомии и физиологии сердечно-сосудистой системы человека в норме и патологии".  А началось всё …с черепа. Конечно, эта история стала катализатором в череде событий, которые привели к успеху и созданию инновационного проекта. До этого были увлечённость Ирины 3d печатью, а ещё раньше - открытие на базе университета центра "Технополис", а уж если говорить об истоках – всепоглощающая любовь к программированию, которая проснулась у девушки ещё в 9-м классе (как говорит сама Ирина, она "открыла для себя чудесный мир программирования"). И всё-таки о точной копии человеческого черепа, напечатанного на 3d принтере, стоит рассказать отдельно.    

"Бедный Йорик!"

К программистам обратился студент Тверского медуниверситета с несколько необычной просьбой – будущему врачу захотелось дома иметь человеческий череп, но не абы какую модель, а точную копию собственного. Далее парень сделал КТ и принёс в "Технополис" - мол, 3d модель есть – теперь печатайте. 

- Мы посмотрели – действительно 3d модель. Ведь с помощью программного обеспечения многочисленные рентгеновские снимки в разрезах можно объединить в единое объёмное изображение. Но чтобы напечатать череп на принтере, нужно перевести все данные в специальный формат. У нас этот череп при импорте съел 4 гигабайта оперативной памяти. Но в итоге модель получилась очень реалистичной, в натуральную величину – каждая деталь, каждая ямочка и выемка пропечатались, и цвет подходящий – бело-желтоватый. В общем, заказчик остался доволен, черепом друзьям потом хвастался, - рассказывает Ирина. 

Сердце в виртуале    

Этот студент-медик и стал соавтором проекта анатомического атласа 3d. На Ирине была часть по программированию, а Дмитрий Беляков консультировал как кардиолог. Ребята в работе использовали результаты МРТ и КТ-исследований реальных пациентов, имеющих сердечно-сосудистые заболевания и патологии, на основе этих данных Ирина потом сделала около двадцати 3d динамичных моделей, среди которых была одна здорового сердца человека. Их импортировали в мобильное устройство в качестве обучающего приложения для студентов с помощью инструмента "Дополненная реальность" – получились максимально детализированные и анимированные объёмные изображения. Использовать можно в принципе любой гаджет. При наведении камеры на "маркер" появляется объёмное изображение, которое можно просмотреть со всех сторон, как в реальности. 

     
- Наш интерактивный атлас нормы и патологий сердца, мы надеемся, поможет студентам-медикам. Существует огромное количество атласов, которые демонстрируют сердечно-сосудистую систему в норме. Информации про патологии много в интернете. Но этого недостаточно – надо увидеть своими глазами. Обычно студенты сидят в анатомичках, изучают только те скудные препараты, которые там представлены – многолетние, с перепутанными бирками, замызганные. "Вживую" тоже работать много не получается. Но учиться-то надо. И не по-старинке – всё-таки 21 век на дворе.  

Как говорит Ирина, они сделали проект вдвоём в свободное от работы-учёбы время, но чтобы обработать данные МРТ, нужны мощные компьютеры, которые и пришлось приобрести.  В дальнейшем интерактивный  анатомический атлас будет дорабатываться. Проект пилотный, но его технологии можно использовать не только в медицине. 

Эксперты Всероссийского общества изобретателей и рационализаторов (ВОИР) высоко оценили результаты работы Ирины и Дмитрия. Разработка тверичан вошла в десятку лучших по России. Кстати, в этом году заявки по различным отраслям науки на конкурс подали более 700 кандидатов. 

Наука - это весело

Ирина Соколова сейчас возглавляет Центр "Технополис" при политехе, но ещё год назад она закончила факультет информационных технологий ТвГТУ по специальности "Программная инженерия". 

- В свою специальность я была с первого курса влюблена в по уши, не разочаровалась, она всегда казалась мне очень интересной.  Ещё в школе я видела себя только программистом. И уже со второго курса пошла работать по специальности.  

Сначала "Технополис" был студенческим кружком, позднее он перерос в  Центр инновационного технологического развития, где ребята занимаются наукой, обучают сверстников и школьников, принимают участие в городских мероприятиях и фестивалях, но главное – осваивают современные технологии, придумывают, креативят, изобретают. В "Технополисе" Ирина увлеклась робототехникой. Сначала делали простых и примитивных роботов, собирали из китайских конструкторов, позже уже стали создавать более сложные машины с программным обеспечением, печатая их на своих 3d принтерах.   

  
- В "Технополисе" у нас идёт работа и обучение по нескольким направлениям: робототехника, 3d дизайн, конструирование, прототипирование и экономика. Робототехнике мы сейчас уделяем особое внимание. Когда смотришь на наших западных коллег, когда у них роботы с искусственным интеллектом танцуют и способны взаимодействовать с людьми, то хочется сделать что-то подобное.  

Центр существует за счёт университет, грантов, а также ребята сами зарабатывают деньги, выполняя заказы, а потом финансы идут на закупку оборудования и расходных материалов – удовольствие не из дешёвых. Те же 3d принтеры стоят от 50 000 и до нескольких миллионов рублей.

Как говорит руководитель Центра Ирина, "мы пытаемся показать студентам, что наука – это не просто нудные лекции, а это ещё весело и увлекательно". 

Котлета из 3d принтера 

Сейчас существует большое разнообразие принтеров 3d печати, где в качестве материала используют пластик, гипс, бумагу, металл, жидкости и др. Практическое применение очень широко – скажем, от изготовления мелких деталей или протезов до производства дизайнерской одежды и даже домов. Направление перспективное, за ним будущее.    

- В 2017 году я была на конференции в Сколково "Новигатор инноватора", и нам тогда презентовали очень интересный старт-ап: применение 3d принтера для печати клеток. Наши учёные смогли напечатать из биоматериалов настоящую функционирующую щитовидку, которую пересадили лабораторной мыши. И грызун выжил. Проблема была в печати мышечных волокон, но, думаю, это тоже со временем разрешимо. Также сейчас научились печать кожу. Для тех же ожоговых больных – это спасение. Конечно, сейчас эти разработки упираются в цену, себестоимость очень велика. Но думаю, что и эту проблему со временем удастся решить. На 3d принтерах уже печатают…котлеты – вполне съедобные, правда, пока не очень вкусные. Я читала статью про Массачусетский университет: тоже года два назад ребята напечатали котлету, но потом сказали, что это получилась самая дорогая котлета в мире, и они забыли туда добавить жира.   

Конечно, в тверском "Технополисе" таких навороченных принтеров пока ещё нет. Но есть печатающие из пластика. Так, недавно к ним обратился житель Твери, у которого сломался стеклоподъёмник в "Фольксвагене". Одна маленькая пластиковая деталь, за которую в автосалоне  запросили несколько тысяч рублей. А в итоге ребята напечатали её, себестоимость обошлась рублей в 300-400. Машину починили, и прекрасно всё работает!     

- Честно, я даже затрудняюсь сказать, что нельзя напечатать на 3d принтере из пластика. Ведь существует большое количество его разновидностей. В том числе и эко или биопластик, который быстро разлагается, и так называемый пластик из крахмала. Производят его уже и в России. Недавно видела, что китайцы печатают из феламента деревянные детали. Мы тоже хотим попробовать. Правда, дорого, но ради эксперимента мы это сделаем!