Τι είναι η Χειρουργική Επαυξημένης Πραγματικότητας.
Συγγραφείς: Σάββας Χειρίδης & Κωνσταντίνος Κωνσταντινίδης Γράφτηκε στις ,
Πόσο “πραγματική” είναι σήμερα;
Τα ογκομετρικά δεδομένα μιας αξονικής τομογραφίας μοιάζουν με αυτά που λαμβάνει ο ιατρός κατά τον υπερηχογραφικό έλεγχο, μόνο που στην περίπτωση της αξονικής η διάγνωση γίνεται χρησιμοποιώντας ένα τρισδιάστατο “ηχοβολέα”.
Αυτό που αναμενόταν για να φτάσουμε στην εποχή της Επαυξημένης Πραγματικότητας και της Διεγχειρητικής Πλοήγησης ήταν η εξέλιξη τόσο του υλικού των ηλεκτρονικών υπολογιστών (hardware), όσο και του λογισμικού (software, που θα επέτρεπε στον απεικονιστή να προσεγγίση τον εικονικό ασθενή με τρισδιάστατες απεικονίσεις σε πραγματικό χρόνο.(το ποντίκι του υπολογιστή χρησιμοποιείται όπως ο ηχοβολέας των υπερήχων).
Τί είναι “επαυξημένη πραγματικότητα”;
Σε πολλά σημεία η επαυξημένη πραγματικότητα είναι ανάλογη της εικονικής πραγματικότητας. Πρόκειται για το αποτέλεσμα της σύντηξης εικονικών γραφικών μοντέλων με πραγματικές εικόνες (φωτογραφίες ή απεικονιστικές εξετάσεις). Ωστόσο η επαυξημένη πραγματικότητα διαφέρει από την εικονική πραγματικότητα διότι εμπεριέχει την επιπροβολή αυτών των γραφικών μοντέλων πάνω σε εικόνες της πραγματικής ζωής, που δίνει στον χρήστη την αίσθηση ενός ημι-εικονικού, διαδραστικού, τρισδιάστατου περιβάλλοντος.
Η επιπροβολή εικονικών μοντέλων, βίντεο, ή κειμένου πάνω σε εικόνες της πραγματικής ζωής μπορεί να οδηγήσει σε επαύξηση ή μεταλλαγή της εμπειρίας.
Η επαυξημένη πραγματικότητα βρίσκει εφαρμογές και στη χειρουργική, και ειδικότερα στη:
χειρουργική εκπαίδευση,
προεγχειρητικό σχεδιασμό,
διεγχειρητική πλοηγηση,
επαυξημένη απεικόνιση
Μέχρι σήμερα, οι χειρουργοί είναι υποχρεωμένοι να αλλάζουν συνεχώς πεδίο, απομακρύνοντας τη προσοχή τους από την εγχείρηση για να συγκρίνουν την εικόνα που συγκρατούσαν στη μνήμη τους με αυτή της αξονικής τομογραφίας ή ακτινογραφίας που υπήρχε στο διαφανοσκόπιο λίγα μέτρα μακριά.
Η επαυξημένη πραγματικότητα τους επιτρέπει να διατηρήσουν ένα σταθερό πεδίο όρασης στο εγχειρητικό πεδίο καθώς τα γραφικά μοντέλα επιπροβάλλονται πάνω στο εγχειρητικό πεδίο με αποτέλεσμα την “επαύξηση” της εικόνας του για διεγχειρητική καθοδήγηση.
Η ευθυγράμμιση των εικόνων είναι θεμελιώδης για την διεγχειρητική πλοήγηση. Το εικονικό τρισδιάστατο μοντέλο πχ του όγκου του ασθενούς θα πρέπει να “πέσει” ακριβώς πάνω στη θέση που βρίσκεται ο πραγματικός όγκος (που δεν είναι ορατός στο μη παρασκευασμένο πεδίο) έτσι ώστε να δείχνει στον χειρουργό ανά πάσα στιγμή το ορθό πλάνο εκτομής.
Το αποτέλεσμα της ευθυγράμμισης είναι μία μικτή εικόνα που συνδυάζει το γραφικό μοντέλο που επιπροβάλλεται πάνω στους αληθινούς ιστούς του ασθενούς.
Η ευθυγράμμιση θα πρέπει να παρακολουθείται συνεχώς και να προσαρμόζεται ακόμα και στις πιο λεπτές κινήσεις κατά τη διάρκεια μιας επέμβασης. Ηλεκτρονικοί δείκτες (markers) ή δίοδοι υπερύθρων μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ακριβή χαρτογράφηση της θέσης του ασθενούς και της ανατομίας του και να στέλνουν την πληροφορία αυτή για ανάλογη μετακίνηση του εικονικού μοντέλου, ώστε να διατηρείται η επαυξημένη εικόνα σε πραγματικό χρόνο.
Διεγχειρητικό πλεονέκτημα της Υποβοηθούμενης από Επαυξημένη Πραγματικότητα Χειρορυγικής:
Η ανατομία κάθε ασθενούς διαφέρει. Και με την επαυξημένη πραγματικότητα οι διαφορές αυτές γίνονται ορατές! Για παράδειγμα, οι ανατομικές παραλλαγές μπορούν να φανούν πολύ πριν από την παρασκευή των ιστών έτσι ώστε να τις περιμένει από νωρίς ο χειρουργός.
Διεγχειρητική καθοδήγηση
Ορατά οδηγά-σημεία της επέμβασης
Προστασία ζωτικών δομών
Ορατές ανατομικές παραλλαγές !!!
Ορατή νεοαγγείωση και ή σχήμα/δομή των όγκων
Η επαυξημένη πραγματικότητα χρησιμοποιείται στη νευροχειρουργική, σε στερεοτακτικές επεμβάσεις για πολλά χρόνια. Στη λαπαροσκοπική χειρουργική υπάρχουν λίγες μόνο δημοσιεύσεις. Στο Στρασβούργο της Γαλλίας, ο καθηγητής J.Marescaux και ο L.Soller ανέπτυξαν ένα άριστο πρόγραμμα έρευνας στην Επαυξημένη Πραγματικότητα. Η δουλειά τους δημοσιεύθηκε στο JAMA το 2004 και παρουσιάστηκε στο Παγκόσμιο Συνέδριο Ρομποτικής του 2008 στη Ρώμη (MIRA). Κατάφεραν να δημιουργήσουν έναν εξομοιωτή με γραφικά στον υπολογιστή, ο οποίος χρησιμοποιούσε τα δεδομένα του ασθενούς. Στη συνέχεια χρησιμοποίησαν αυτό τον εξομοιωτή για προβολή των εικόνων του πάνω στις εικόνες από το λαπαροσκόπιο και πέτυχαν τη διεγχειρητική καθοδήγηση στη λαπαροσκοπική επινεφριδεκτομή.
Η τεχνολογία της επαυξημένης πραγματικότητας είναι ακόμα στις απαρχές της. Υπάρχουν ακόμα πολλοί περιορισμοί, δυσκολίες, ακόμα και κίνδυνοι για την εφαρμογή της ευρέως. Η ασφάλεια του ασθενούς είναι βέβαια θεμελιώδους σημασίας: ένα μικρό λάθος στους υπολογισμούς κατά την ευθυγράμμιση των εικόνων θα μπορούσε να οδηγήσει στον θάνατο του ασθενούς. Η επαυξημένη πραγματικότητα βασίζεται στην απόλυτη ευθυγράμμιση των εικονικών μοντέλων στην πραγματική ζωή, και οποιοδήποτε σφάλμα είναι ανεπίτρεπτο.
Είναι σημαντικό να παραμείνει ο βασικός έλεγχος στον χειρουργό που θα μπορεί ανά πάσα στιγμή να ελέγξει, αξιολογήσει και να προσαρμόσει όλους τους παράγοντες που θα κατευθύνονται από την επαυξημένη πραγματικότητα κατά τη διάρκεια της επέμβασης.
Η εργονομική διάταξη των απαραίτητων μηχανημάτων και η ευκολία στη χρήση τους θα πρέπει επίσης να ληφθούν υπόψη. Η επαυξημένη πραγματικότητα χρησιμοποιεί μία ποικιλία από οθόνες, κάμερες και πολύπλοκα συστήματα υπολογιστών που θα πρέπει να είναι υψηλής ποιότητας αλλά και κάποιου λογικού κόστους.Το υψηλό κόστος των συσκευών αυτών αναμένεται να πέσει καθώς θα αυξάνεται η ζήτηση και η διαθεσιμότητα.
Οι μελλοντικές εξελίξεις στην επαυξημένη πραγματικότητα μπορεί να συμπεριλάβουν την επαύξηση και άλλων αισθήσεων. Ειδικότερα, θα μπορούσε να είναι χρήσιμη η προσθήκη ήχων. Τα ηχητικά σήματα θα μπορούσαν να προειδοποιούν τον χειρουργό ότι αρχίζει να αποκλίνει από τη γραμμή εκτομής που υπολόγισε η επαυξημένη πραγματικότητα. Η εφαρμογή αυτή θα μπορούσε επίσης να βοηθήσει στον προεγχειρητικό σχεδιασμό και στην εκπαίδευση των χειρουργών.
Στο ΙΑΤΡΙΚΟ ΚΕΝΤΡΟ ΑΘΗΝΩΝ χρησιμοποιούμε ανασυνθέσεις όπως αυτές που φαίνονται στις εικόνες για προεγχειρητικό σχεδιασμό, καθώς και διεγχειρητική πλοήγηση. Διαθέτουμε τα μέσα να ανασυνθέτουμε τις εικόνες αυτές μέσα στην αίθουσα χειρουργείου κατά τη διάρκεια της επέμβασης, γεγονός που μας δίνει τη δυνατότητα να περιστρέφουμε το γραφικό μοντέλο στο σωστό πλάνο, ώστε να προειδοποιείται ο χειρουργός για την παρουσία κρίσιμων ανατομικών παραλλαγών. Αυτή είναι μία από τις πρώτες εφαρμογές της επαυξημένης πραγματικότητας μέσα στο χειρουργείο για διεγχειρητική καθοδήγηση σε πραγματικό χρόνο.
Βιβλιογραφία :
http://medvis.vrvis.at/projects/aras/
http://www.ariser.info/projects/studierstube.php
http://jama.ama-assn.org/cgi/content/full/292/18/2214-b
http://www.se.rit.edu/~jrv/research/ar/index.html
http://student.bmj.com/issues/08/03/life/108.php
