В настоящее время цифровизация безусловно стала неотъемлемой частью жизни общества. Наряду с другими сферами современные технологии коснулись области медицины и здравоохранения, значительно расширив спектр человеческих возможностей в научной среде. Одним из перспективных направлений цифровизации медицины на сегодняшний день является компьютерная графика, которая позволяет визуализировать и анализировать сложные медицинские данные при помощи гибких и мощных инструментов реализации.

Наиболее яркими представителями использования методов компьютерной графики в медицине на данный момент являются следующие направления:

• Телекоммуникационная конвертация и визуализации медицинских изображений;
• Хирургическое планирование, или 3D-визуализация анатомических структур человека;
• Разработка персонифицированных медицинских устройств;
• Обучение в медицинских вузах.

Современные компьютерные технологии, такие как информатика и телекоммуникации, сделали возможным использование математических инструментов для анализа и обработки медицинских изображений. Кроме того, компьютерное моделирование и визуализация облегчают проведение минимально инвазивных медицинских операций. Данные медицинские изображения создаются и подвергаются анализу в процессе проведения различных методов диагностики, включая компьютерную томографию (КТ), магнитно-резонансную томографию (МРТ), маммографию, рентгенографию и ультразвуковое исследование (УЗИ) [1].

«Медицинское изображение» представляет собой сочетание методов, приёмов и технологий, которые создают визуальную репрезентацию внутренних структур и функций организма человека, требующихся при диагностике заболеваний и изучении анатомических и физиологических особенностей организма [2].

Такие медицинские изображения могут сохраняться и использоваться в дальнейшем как в стандартных форматах данных (jpg, bmp, tiff и т. д.), так и в форматах отличных от стандартных, а именно специализированных от различных фирм-разработчиков медицинского оборудования. Однако изображения, представленные в специализированных форматах, могут быть очень объёмными, что затрудняет не только их передачу по каналам связи, но и последующее хранение на компьютерах.

Одним из успешных представителей программного продукта, который смог решить данную проблему, сохранив при этом возможность использования масштабирования, автоматическую сортировку и такой немаловажный аспект, как высокое качество изображений [3], стал телекоммуникационный конвертер различных медицинских изображений формата DICOM, разработанный на базе кроссплатформенной система Eclipse и языке Java. Данный продукт способен осуществлять преобразование всех файлов формата *.dcm, в графический файл необходимого формата или текстовый файл с медицинскими данными [2].

Другой областью медицины, подвергшейся внедрению инновационных цифровых технологий, является хирургическое планирование, суть которого заключается в создании виртуальных моделей органов, тканей и полноценных пациентов, а также высококачественной 3D-визуализации данных анатомических структур пациента при помощи CAS-технологий, что позволяет хирургам заранее планировать и практиковать проведение сложных процедур в преддверии операционной практики с высокой степенью точности.

Компьютерно-ассистированная хирургия (от англ. Computer Assisted Surgery), или же CAS-технологии, сочетает в себе компьютеризированные методы и робототехнику для совершенствования протекания хирургического процесса. Она включает в себя предоперационное планирование, навигацию во время операции и автоматизацию хирургического вмешательства посредством инновационных цифровых технологий. На сегодняшний день CAS-технологии используются в таких областях хирургии, как ортопедическая [4], челюстно-лицевая [5] и онкохирургия [6].

Системы управления хирургическими операциями по изображениям (IGS, от англ. Image-Guided Surgery) помогают хирургам повышать точность позиционирования инструментов при проведении сложных операций, во время которых бывает трудно, или даже невозможно, напрямую увидеть положение инструмента, находящегося внутри пациента. Система IGS отображает положение инструмента относительно области операции на экране, позволяя хирургу перемещать его в труднодоступных участках без риска повреждения критических структур пациента [7].

Кроме того, методы CAS-технологий включают в себя 3D-визуализацию, моделирование и создание персонифицированных протезов и имплантатов пациентов на основе медицинских изображений. Данные методы базируются на использовании технологий компьютерной графики, а также CAD/CAE/CAM-систем, обеспечивая индивидуальный подход к лечению каждого пациента с минимизацией расходов материальных средств и временных ресурсов, требуемых для изготовления готового устройства [8].

Наконец, важным для системы здравоохранения со стратегической точки зрения является использование современных цифровых методов в сфере образования при обучении студентов медицинских высших учебных заведений. Инновационные инструменты компьютерной графики позволяют создавать реалистичные медицинские симуляции и другие образовательные материалы, которые помогают будущим врачам и обучающимся других медицинских специальностей улучшать свои знания, навыки и умения сквозь призму нового восприятия учебного процесса.

Одним из самых ярких примеров внедрения компьютерных технологий в медицинском образовании в России является использование виртуальных пациентов. Мультимедийные, интерактивные симуляции клинических ситуаций позволяют многократно практиковаться на различных клинических случаях, что поможет избежать ошибок в лечении реальных пациентов впоследствии [9].

Сценарии виртуальных пациентов (ВП) делятся на предопределённые, т. е. основанные на конкретных случаях, и нацеленные на решение общих медицинских проблем без применения чёткой последовательности действий [10]. Тип сценария, объем и формат данных, доступность доказательной информации и возможность дальнейшего применения приобретённых навыков влияют на процесс и результаты обучения с помощью метода ВП.             Существуют различные модели виртуальных пациентов: статические и динамические, линейные и разветвленные, интерактивные и неинтерактивные. Большинство из современных моделей ВП используют именно линейные сценарии, которые позволяют студентам отвечать на вопросы и принимать решения относительно клинического случая в рамках смоделированной ситуации [11].

Более того, виртуальные пациенты используются не только для формирования клинического мышления студентов-медиков, но и для эффективной лабораторной диагностики у обучающихся других медицинских специальностей [12].

Компьютерная графика играет действительно важную роль в цифровизации медицины и здравоохранения. Она позволила не только визуализировать сложные медицинские данные, открыв новые возможности для научных исследований и клинической практики, создавать реалистичные модели анатомических структур человека для совершенствования навыков в области хирургической практики, но и стала незаменимым инструментом при обучении студентов-медиков, помогая им усваивать полученные знания и оттачивать навыки на виртуальных моделях пациентов, прежде чем приступать к получению практического опыта с реальными людьми.