機能 - BronchoQuest

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リアルな3D気管支解剖モデル

BronchoQuestの3D気管支モデルは、公開研究用のCT画像データセットをもとに構築された解剖学的に正確なモデルです。医学教育アプリとして、解剖学的な正確さを重視しています。

データソースと構築プロセス

データソース：公開研究データセットであるLIDC-IDRIを使用

セグメンテーション：3D Slicerを用いて周囲の肺実質から気管支樹を分離し、OBJ形式でメッシュを書き出し

メッシュ最適化：Blenderで非多様体エッジの除去、内腔粘膜の法線再計算、SceneKitの座標系に合わせたスケール調整

フォーマット変換：Reality ConverterでUSDZ形式に変換し、Appleプラットフォームとのネイティブ統合を実現

モデルの特徴

気管から左右主気管支、区域気管支、亜区域気管支まで詳細に再現
各気管支セグメントの名称と位置関係を正確に表現
実際の気管支鏡検査で観察できる解剖学的ランドマークを忠実に再現
高品質なテクスチャとライティングによるリアルな視覚体験
iPad Proでスムーズに動作する最適化されたポリゴン数

USDZ RealityKit SceneKit 3D Slicer Blender

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インタラクティブな気管支鏡操作トレーニング

ゲーム感覚で気管支鏡の操作を練習できるインタラクティブなシミュレーションシステムです。実際の気管支鏡操作に近い体験を通じて、スキルを習得できます。

操作システムの特徴

直感的なタッチコントロール：iPadの画面をスワイプして気管支鏡の視点を操作
リアルな移動感覚：前進・後退の操作により、実際の気管支鏡検査の感覚を再現
壁面との衝突判定：気道壁に接触すると適切にフィードバックを受け取れる
目標セグメントへの誘導：段階的に難易度が上がる学習システム
ゲーミフィケーション：スコアシステムと達成感により、継続的な学習をサポート

衝突判定技術：符号付き距離場（SDF）

最大の技術的挑戦は、気管支鏡を気道内部に厳密にとどめる衝突判定の実装でした。この課題を解決するため、符号付き距離場（Signed Distance Field, SDF）を採用しました。

SDFの仕組み：

256³のボクセルグリッドで構成され、各セルが最寄りの気道壁までの符号付き距離を格納します。

負の値 → 気道の内部
正の値 → 気道の外部
ゼロ → 壁面

実行時には隣接する8ボクセルの三線形補間によりサブボクセル精度の距離値を取得し、60FPSでのリアルタイム衝突判定を実現しています。

カメラが壁に近づくとSDFの勾配ベクトルが押し戻し、完全にブロックされた場合は壁面に沿って移動を投影することで、実際の気管支鏡が組織表面を滑る挙動を再現しています。

SDF Python Script Trilinear Interpolation Real-time Physics

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詳細なパフォーマンス分析と統計

セッションごとの操作結果を可視化し、弱点を把握しやすくする統計システムです。プレミアム機能として、チャレンジ後の詳細な結果レビューにアクセスできます。

統計データ項目

ゲームスコア：現在のセッションのスコア
到達セグメント：到達した気管支セグメントの記録
壁接触回数：気道壁への接触頻度（技術の正確さの指標）
プレイ時間：セッション内の練習時間
連続成功記録：連続して成功した回数の記録
セグメント別パフォーマンス：各気管支セグメントごとの到達率と所要時間

学習進捗の追跡

操作結果は端末内で処理され、開発者が運営する外部サーバーには送信されません。結果画面では、到達状況、壁接触回数、スコアなどを確認できます。

On-device Processing Result Review SwiftUI

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段階的な学習プログラム

基礎から応用まで、段階的に難易度が上がる学習システムにより、確実にスキルアップできます。初心者から経験者まで、幅広いレベルのユーザーに対応しています。

学習レベル

レベル1 - 基礎：気管から主気管支への移動
レベル2 - 初級：区域気管支の識別と到達
レベル3 - 中級：亜区域気管支への正確なナビゲーション
レベル4 - 上級：複雑な経路での高速移動
レベル5 - エキスパート：時間制限付きチャレンジ

カリキュラムの特徴

解剖レクチャー、操作ガイド、90秒チャレンジを組み合わせることで、基礎知識から実践的な操作練習まで段階的に学べます。

段階的なチャレンジ：

目標セグメントを順番に提示し、到達状況、壁接触、スコアを通じて操作の正確さを振り返れるようにしています。

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気管支解剖学の教育コンテンツ

気管支の構造、各セグメントの名称、位置関係を学べる包括的な教育コンテンツを搭載しています。シミュレーションと並行して解剖学の知識を深めることができます。

教育コンテンツの内容

気管支解剖図：インタラクティブな3D解剖図で各セグメントの位置を視覚的に学習
セグメント命名法：各気管支セグメントの正式名称と略称
解剖学的ランドマーク：気管支鏡検査で重要な解剖学的特徴
気管支鏡の基礎知識：検査の目的、適応、手技の概要
多言語対応：英語、日本語、中国語、フランス語、スペイン語に対応

学習効果の最大化

解剖学的知識とシミュレーション練習を組み合わせることで、理論と実践の両面から気管支鏡検査のスキルを習得できます。

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iPad最適化UI/UXとアクセシビリティ

iPad Proに最適化されたインターフェースで、直感的かつスムーズな操作体験を提供します。医療専門家が使いやすい設計と、幅広いユーザーに対応したアクセシビリティ機能を搭載しています。

UI/UXの特徴

ダークモード対応：医療現場での使用を考慮した目に優しいダークインターフェース
タッチ最適化：iPadの大画面を活かした直感的なタッチ操作
Split View対応：教材を見ながらシミュレーションを実行可能
レスポンシブレイアウト：縦横どちらの向きでも最適な表示
高フレームレート：ProMotionディスプレイ対応で滑らかな操作感

アクセシビリティ機能

WCAG & Apple HIG準拠：

Dynamic Type：システム設定に応じたテキストサイズの自動調整
VoiceOver対応：視覚障害者向けのスクリーンリーダー対応
高コントラストモード：視認性を向上させる色調整
キーボードナビゲーション：外付けキーボードでの操作サポート
多言語対応：英語、日本語、中国語、フランス語、スペイン語

技術スタック

最新のSwiftとAppleフレームワークを活用し、ネイティブな高性能アプリを実現しています。

Swift SwiftUI RealityKit iPadOS Accessibility APIs ProMotion