Ny VR-teknologi gjør luftstrømmer i operasjonsrom synlige

Løsningen kombinerer kunstig intelligens, avanserte CFD-simuleringer og immersiv VR-teknologi for å visualisere hvordan bevegelser, ventilasjon og aktivitet i operasjonsrom påvirker risikoen for luftbåren smitte og postoperative infeksjoner.

Prosjektet er utviklet gjennom forskningsprosjektet POSI-red: Reduksjon av postoperative sårinfeksjoner, ledet av Norconsult i nært samarbeid med NTNU i Trondheim. Prosjektet er finansiert av Norconsult med støtte fra Norges forskningsråd og bygger på omfattende tester og målinger gjennomført i et fullskala operasjonsromlaboratorium ved NTNU.

Gjør komplekse luftstrømmer forståelige
I et operasjonsrom kan selv små bevegelser påvirke hvordan partikler og potensielle smittestoffer beveger seg i luften rundt pasienten. Dette er vanskelig å observere i praksis, fordi luftstrømmer normalt er usynlige.

Ved hjelp av VR-teknologi kan prosjektteamet nå visualisere dette i en interaktiv applikasjon.

En viktig innovasjon i prosjektet er at bevegelsene til det kirurgiske personellet registreres med stereokameraer og AI-basert positurestimering. Disse digitaliserte bevegelsene brukes i dynamiske simuleringer av luftstrøm og partikkeldistribusjon. Slike transiente simuleringer skiller seg fra eksisterende forskning som i hovedsak baserer seg på stasjonær luftstrøm og statisk operasjonspersonell.

Dermed kan både helsepersonell og ventilasjonsingeniører se hvordan daglige bevegelser, åpning av dører og plassering av utstyr påvirker partikkelkonsentrasjonen rundt pasienten.

Kombinerer VR, kunstig intelligens og CFD
Prosjektet kombinerer flere teknologier som vanligvis brukes hver for seg.

3D-stereokameraer benyttes sammen med en maskinlæringsmodell til å registrere og digitalisere bevegelsene til det kirurgiske personellet i operasjonsrommet. Bevegelsesdataen modelleres sammen med romgeometri, ventilasjonsløsning og utstyrsposisjoner i CFD-simuleringer (Computational Fluid Dynamics) som beregner hvordan luftstrømmen og partikler beveger seg i rommet.

Resultatet visualiseres i VR.

Dette gjør det mulig å simulere ulike scenarier og teste hvordan ventilasjonsløsninger, utstyrsposisjonering og bevegelsesmønstre påvirker risikoen for smittespredning.

Han trekker frem det tverrfaglige samarbeidet som avgjørende for utviklingen av løsningen.

– NTNU og Chalmers har bidratt med eksperimentell forskningskompetanse, sykehuspartnerne med klinisk innsikt og Norconsult med ventilasjons-, sykehus- og strømningskompetanse. Det har gjort det mulig å utvikle en løsning hvor både forskere, ingeniører og kirurger kan få en felles forståelse av hva som skjer i operasjonsrommet, sier han.

Verktøy både for design og opplæring
VR-applikasjonen fungerer både som et designverktøy og et opplæringsverktøy.

Ventilasjonsingeniører kan sammenligne ulike ventilasjonsløsninger under realistiske operasjonsscenarier og undersøke hvordan ulike romkonfigurasjoner påvirker partikkelkonsentrasjonen rundt operasjonsområdet.

Samtidig kan kirurgisk personell bruke løsningen til å forstå hvordan egne handlinger påvirker luftstrøm og smitterisiko under operasjoner.

Foreløpige demonstrasjoner for fagmiljøer viser at visualiseringene gir innsikt som tidligere har vært vanskelig å oppnå gjennom tradisjonelle analyser og opplæring.

Kirurgisk personell har blant annet blitt overrasket over hvor stor påvirkning helt vanlige bevegelser kan ha på luftstrømmer og partikkelspredning i operasjonsrommet.

Videreføres i nytt forskningsprosjekt
Arbeidet videreføres nå gjennom SkatteFUNN-prosjektet Sanntidsvisualisering av partikkeldistribusjon i operasjonsrom.

Målet er å lage en modell som kan gjennomføre de dynamiske strømningssimuleringene i sanntid slik at man kan teste ulike romkonfigurasjoner mye raskere.

– Målet vårt er at løsningene vi utvikler skal bidra til å redusere risikoen for postoperative sårinfeksjoner og påvirke hvordan operasjonsrom prosjekteres og brukes - både nasjonalt og internasjonalt. Samtidig ønsker vi å gi både ingeniører og helsepersonell et verktøy som gjør det enklere å forstå hvordan ventilasjon, utstyrsposisjoner og bevegelser påvirker infeksjonsrisikoen, sier Haakon.

På sikt kan teknologien bidra til bedre opplæring, smartere utforming av operasjonsrom og redusert risiko for postoperative infeksjoner.

Prosjektet er også et eksempel på hvordan Norconsult Digital kombinerer fagkompetanse, data og teknologi for å utvikle løsninger som kan gi konkret verdi for både helsevesen og samfunn.