Bài viết đề cập tới một kỹ thuật biến đổi hình dạng và màu sắc của da dưới tác động của ngoại lực do đối tượng rắn tạo ra. Kỹ thuật đề xuất được cài đặt trên mô hình 3D mô phỏng trẻ bị shock 01 tuổi và tỏ ra có hiệu quả và phù hợp trong việc thể hiện thời gian làm đầy mao mạch dưới da (CRT) trong thực tế thực hành tiền lâm sàng tại cơ sở đào tạo y tế Việt Nam.
TNU Journal of Science and Technology 226(07): 112 - 120 A TECHNIQUE WHICH CONSIDER THE CAPILLARY REFILL TIME CRT FOR SIMULATION OF SKIN DEFORMATION AND CHANGE OF SKIN COLOR CAUSED BY EXTERNAL FORCE Nguyen Duc Hoang1, Do Nang Toan2*, Nguyen Tuan Minh1, Pham Ngoc Toan3 1Posts and Telecommunications Institute of Technology, 2Vietnam National University National Children's Hospital 3Vietnam ARTICLE INFO ABSTRACT Received: 02/3/2021 One of the most significant application of human skin simulation technique is in preclinical medical practice In many 3D modelling methods used in present, skin color of simulated objects is oftens not change at the point human body got external force automatically However, actual observation shown that, the human skin color is changed a bit slower than the skin deformation under pressure The delay time between skin deformation and color is based on human health condition such as blood pressure, ages, heart rate,… This arcticle demonstrates a technique for simulation of skin deformation and change of skin color caused by external force of solid objects When being applied to a 3D model of a shocked emergency one-year old human, the proposed technique is proven to be effective and appropriate in representing capillary refill time (CRT) of human skin in real preclinical practices at medical training facilities in Vietnam Revised: 10/5/2021 Published: 24/5/2021 KEYWORDS Skin simulation Skin deformation Capillary refill time Change of skin color Vietnamese children MỘT KỸ THUẬT MƠ PHỎNG SỰ BIẾN ĐỔI HÌNH DẠNG VÀ MÀU SẮC CỦA DA DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA NGOẠI LỰC CĨ TÍNH TỐN ĐẾN THỜI GIAN LÀM ĐẦY MAO MẠCH CRT Nguyễn Đức Hoàng1, Đỗ Năng Toàn2*, Nguyễn Tuấn Minh1, Phạm Ngọc Tồn3 1Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thông, 2Đại học Quốc gia Hà Nội Nhi Trung ương 3Bệnh viện THÔNG TIN BÀI BÁO Ngày nhận bài: 02/3/2021 Ngày hồn thiện: 10/5/2021 Ngày đăng: 24/5/2021 TỪ KHĨA Mơ da Biến đổi hình dạng da Thời gian làm đầy mao mạch Thay đổi màu sắc da Trẻ em Việt Nam TĨM TẮT Việc mơ bề mặt da người có nhiều ứng dụng, phải kể đến lĩnh vực thực hành tiền lâm sàng y tế Trong phương pháp xây dựng đối tượng 3D sử dụng nay, màu sắc da đối tượng mô không thường thay đổi điểm tác động ngoại lực cách tự động Quan sát thực tế cho thấy, màu da người biến đổi chậm chút so với hình dạng lực ấn Khoảng trễ thay đổi hình dạng màu da dựa điều kiện sức khoẻ đối tượng huyết áp, tuổi, nhịp tim,… Bài báo đề cập tới kỹ thuật biến đổi hình dạng màu sắc da tác động ngoại lực đối tượng rắn tạo Kỹ thuật đề xuất cài đặt mơ hình 3D mơ trẻ bị shock 01 tuổi tỏ có hiệu phù hợp việc thể thời gian làm đầy mao mạch da (CRT) thực tế thực hành tiền lâm sàng sở đào tạo y tế Việt Nam DOI: https://doi.org/10.34238/tnu-jst.4077 * Corresponding author Email: donangtoan@gmail.com http://jst.tnu.edu.vn 112 Email: jst@tnu.edu.vn TNU Journal of Science and Technology 226(07): 112 - 120 Giới thiệu Việc mô da người mơi trường ảo chia thành hai hướng chính, là: Xây dựng lớp da đối tượng người môi trường ảo [1] mơ tả Hình mơ yếu tố tác động lên lớp da đối tượng người mơi trường ảo [2] Trong đó, việc tạo thành lớp da người chia thành hai trường phái chính, mơ lớp bên ngồi da thơng qua việc dán lớp hình ảnh lên bề mặt đối tượng 3D mơ tồn phần thành phần da người theo cấu trúc thực tế Loại mô thứ thường ứng dụng trò chơi sản phẩm ứng dụng mang tính chất minh họa, cịn loại mơ thứ hai khó sử dụng nghiên cứu chuyên sâu khó để thực cách đầy đủ Các tương tác thời gian thực với da có số nghiên cứu [3] phân tích đến việc biến đổi hình dạng da theo chuyển động mơ tả thơng qua việc rời rạc hố lớp da thành boundry curves Đa số nghiên cứu mô không gian 3D đề cập đến việc xử lý lớp bề mặt đối tượng với tham số đưa trực tiếp vào bề mặt mà chưa có liệu mơ bề mặt da Hình Một số tiến việc mô lớp da người thực nghiên cứu Eugene d’Eon (2007) Các nghiên cứu chi tiết việc tạo thành lớp da đối tượng người môi trường ảo sau: Việc tách texture da thành nhiều lớp để xử lý đề cập đến 2004, Florian Struck [4] 2006, Ben Jones [5] bao gồm lớp việc xây dựng mô da thông qua Shading: lớp (lưới tạo hình, texture, normal maps bumped maps), lớp thể rọi sáng (illumiation skin: bao gồm lớp bóng rọi sáng), lớp hấp thụ ánh sáng (ambient occlusion), lớp phản xạ ánh sáng tán xạ ánh sáng Trong nghiên cứu sau đó, đặc tính da độ suốt, việc render thời gian thực nghiên cứu thơng qua việc phân tích phản xạ xun thấu ánh sáng qua nhiều lớp da đối tượng với kỹ thuật ánh xạ photon xấp xỉ khuyếch tán 2010, Jorge Jimenez [6] Hiện nay, việc mô da nghiên cứu theo hướng chuyên sâu y tế, thời trang,… kết hợp với phương pháp học máy, liệu lớn Trong tài liệu 2018, Akinobu Maejima [7] phân tích liệu hình ảnh da người thật nhằm xác định độ căng da người áp dụng để xây dựng lớp da mơ hình 3D mơ tả Hình 2, từ hỗ trợ việc thiết kế trang phục thể thao cho người http://jst.tnu.edu.vn 113 Email: jst@tnu.edu.vn TNU Journal of Science and Technology 226(07): 112 - 120 Hình Sử dụng học máy ghi nhận độ căng da việc mô lớp da người môi trường 3D nghiên cứu Maejima (2018) Các nghiên cứu chi tiết mô yếu tố tác động lên lớp da đối tượng người môi trường ảo sau: Hành vi sinh học da đề cập đến tài liệu Elisa Molinari [2], đề phương pháp mơ mơ hình hố mơ mềm việc lập kế hoạch phẫu thuật dựa phương pháp phần tử hữu hạn Nghiên cứu phân tích hành vi da vùng đầu bị kéo căng Trong nghiên cứu đưa giải pháp cho phép xác định động lực điểm da vùng đầu sau tác động lực; dự đoán lực cần thiết để dịch chuyển điểm; biến dạng điểm da vùng đầu dựa lực tác động Việc xác định biến dạng cho da lực tác động vật lý cho nhân vật hoạt hình đề xuất theo số hướng như: biểu diễn bề mặt da hệ thống lưới tính tốn biến dạng hệ thống lưới – phương pháp phổ biến nhất; biểu diễn bề mặt da biến dạng đường cong 2009 mơ tả Hình 3, L.H.You [3] thơng qua phương trình vi phân bậc 4, nhằm giảm hao phí tính tốn theo phương pháp thơng thường Việc mơ da người y tế đề cập đến tài liệu 2010, Weixin Si [8], mơ sụt lún chuyển động quay da mơ hình lị xo, tích hợp Verlet để cập nhật vị trí điểm da vẽ biến dạng da Qua khảo sát thực tế tài liệu y khoa [9], [10], da người chịu tác động ngoại lực biến đổi hình dạng lẫn màu sắc, nhiên trình phục hồi lại hình dạng màu sắc khơng đồng với mà chênh lệch khoảng thời gian định nghĩa thời gian làm đầy mao mạch (CRT) Khoảng thời gian biến thiên dựa theo tham số sức khoẻ người Hiện nghiên cứu mô da ảo y tế biến đổi hình dạng màu sắc có tính tốn tới thời gian làm đầy mao mạch chưa có http://jst.tnu.edu.vn 114 Email: jst@tnu.edu.vn TNU Journal of Science and Technology 226(07): 112 - 120 Hình Một số phương pháp biểu diễn đường bao da đường cong L.H.You (2009) Trong báo này, chúng tơi đưa kỹ thuật mơ hình dạng màu sắc da người tác động ngoại lực tác động vào lớp da Các tham số sinh lý dùng cho việc làm đầy mao mạch theo thời gian rút thông qua kỹ thuật học máy Phần lại báo thể sau: Phần trình bày sở khoa học nghiên cứu Phần thuật tốn mơ đề xuất Tiếp theo thử nghiệm cuối kết luận kỹ thuật đề xuất Cơ sở khoa học kỹ thuật làm đầy mao mạch da CRT Capillary refill time (CRT) thuật ngữ sử dụng rộng rãi Y khoa cho phép đánh giá nhanh tình trạng tim mạch bệnh nhân nặng (Hình 4) Khái niệm lần đầu đưa vào năm 1947 Beecher định lượng ba mức bình thường, chậm chậm Để đo lường CRT người ta sử dụng áp lực để làm trống mao mạch, thông thường cách ấn ngón tay vào phần da bệnh nhân 5s để tồn máu phần da bị ấn bơm mao mạch Sau đó, bác sĩ bỏ ngón tay ấn da ghi nhận thời gian máu bơm đầy vào mao mạch Đặc điểm để nhận diện trình màu sắc vùng da bị ấn chuyển từ màu trắng (máu bơm mao mạch) lại màu sắc tương tự vùng da bên cạnh (máu làm đầy mao mạch) Giới hạn bình thường CRT 2s dựa theo quan sát nhân viên y tế làm việc với Bác sĩ Champion tham số việc đo lường CRT tranh luận 30 năm qua Hình Mơ tả cho việc làm đầy mao mạch da http://jst.tnu.edu.vn 115 Email: jst@tnu.edu.vn TNU Journal of Science and Technology 226(07): 112 - 120 Việc đánh giá CRT người dựa theo tài liệu mô tả CRT đánh giá thực nghiệm quan sát bệnh viện Nhi đại học British Columbia, Vancouver, Canada [9] phương pháp sử dụng để xây dựng máy đo CRT thực đại học Mugla Sitki Kocman,Thổ Nhĩ Kỳ [10] Tổng hợp đánh giá hai tài liệu trên, yếu tố tác động đến CRT bao gồm: • Tuổi: 2s giới hạn bình thường trẻ em, tăng 3,3% cho 10 tuổi, mức chênh lệch nữ cao nam, đạt tới 2,9s • Nhiệt độ: Trung bình CRT giảm 1,2% oC tăng nhiệt độ môi trường CRT giảm 5% cho lần tăng nhiệt độ tâm vị • Ánh sáng mơi trường xung quanh: Trong điều kiện ánh sáng ban ngày (~4000 lux), CRT đánh giá xác khoảng 94,2% so với 31,7% điều kiện ánh sáng yếu (ánh sáng trăng, đèn được, ~3lux) • Áp lực tác động vào da: Áp lực tác động vào da xác định mức lực ấn bình thường người thời gian tác động từ đến giây Khơng có ghi nhận khác biệt nhiều việc tác động vào da từ – 7s • Sai số người thực phép đo: Việc tính tốn CRT chủ yếu thực người, độ tin cậy kết tính tốn hạn chế phép đo Như thấy, mặt biến đổi lớp da tác động, CRT thời gian biến đổi hình dạng lớp da bị tác động ấn không đồng với thời gian biến đổi màu sắc Thời gian biến đổi hình dạng lún xuống trở hình thái cũ nhỏ so với thời gian biến đổi màu sắc đại diện CRT Phương pháp sử dụng tham số để tính tốn CRT cách xác thể người chưa thể xác định Tuy nhiên, số nghiên cứu ghi nhận tập giá trị CRT khảo sát bệnh nhân [3] Các tham số xem xét tới xét nghiệm máu bệnh nhân Đối với nhóm bệnh nhân này, CRT có liên quan đến huyết áp tâm trương Tỷ lệ mô tả tài liệu [11] 1s CRT cho 10 lần giảm áp lực máu Có thể tạm hiểu nhịp tim thông thường bệnh nhân 120 – 130, huyết áp thông thường 60, huyết áp bệnh nhân mức trung bình (