SUM
SUM. Rewolucyjne narzędzie do nauczania anatomii
Redaktor: Jacek Janik
Data: 05.01.2024
Źródło: SUM
Śląski Uniwersytet Medyczny umożliwił studentom ćwiczenia z anatomii przy użyciu zestawu wysokiej jakości i wierności modeli 3D przygotowanych na podstawie fotografii rzeczywistych preparatów, na których uczą się podczas zajęć. Pomogła sztuczna inteligencja.
Najtrudniejsze na początek
Zestaw zdjęć preparatów w 3D, w tym kończyn górnych, dolnych, klatki piersiowej oraz wielu 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 Jędrusik.
- Zaprojektowana i wykonana tak zaawansowana przeglądarka preparatów anatomicznych na tym poziomie wierności jest jedyną 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.
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. Na zajęciach studenci posługują się preparatami po wydobyciu ich z utrwalającej je formaliny.
Narzędzie edukacyjne, wspomagane AI
Jak wyjaśnia Przemysław Jędrusik, zrealizowany projekt polega na opracowaniu i wdrożeniu wspomagającego narzędzia edukacyjnego dla studentów, przenoszącego zdobywanie wiedzy anatomicznej do kompletnie nowego wymiaru z wykorzystaniem sztucznej inteligencji i algorytmów optymalizacyjnych.
- 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 – wyjaśnia.
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.
Jak dodaje, nie można generalnie odróżnić preparatu z ekranu komputera, który powstał dzięki wsparciu sztucznej inteligencji, od tego w naczyniu z formaliną.
Wierne odwzorowanie
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. Powstaje 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.
Warto dodać, że przydatność tradycyjnych preparatów jest krótka. Można je wykorzystywać zwykle do roku przy użytkowaniu na zajęciach dla grup studentów dwa razy w tygodniu. Niewątpliwe nowe narzędzie edukacyjne w postaci zdjęć 3D zdecydowanie ułatwi naukę.
Przeczytaj także: "Pośmiertne przekazanie ciała nauce".
Zestaw zdjęć preparatów w 3D, w tym kończyn górnych, dolnych, klatki piersiowej oraz wielu 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 Jędrusik.
- Zaprojektowana i wykonana tak zaawansowana przeglądarka preparatów anatomicznych na tym poziomie wierności jest jedyną 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.
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. Na zajęciach studenci posługują się preparatami po wydobyciu ich z utrwalającej je formaliny.
Narzędzie edukacyjne, wspomagane AI
Jak wyjaśnia Przemysław Jędrusik, zrealizowany projekt polega na opracowaniu i wdrożeniu wspomagającego narzędzia edukacyjnego dla studentów, przenoszącego zdobywanie wiedzy anatomicznej do kompletnie nowego wymiaru z wykorzystaniem sztucznej inteligencji i algorytmów optymalizacyjnych.
- 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 – wyjaśnia.
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.
Jak dodaje, nie można generalnie odróżnić preparatu z ekranu komputera, który powstał dzięki wsparciu sztucznej inteligencji, od tego w naczyniu z formaliną.
Wierne odwzorowanie
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. Powstaje 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.
Warto dodać, że przydatność tradycyjnych preparatów jest krótka. Można je wykorzystywać zwykle do roku przy użytkowaniu na zajęciach dla grup studentów dwa razy w tygodniu. Niewątpliwe nowe narzędzie edukacyjne w postaci zdjęć 3D zdecydowanie ułatwi naukę.
Przeczytaj także: "Pośmiertne przekazanie ciała nauce".
