Arttırılmış Gerçeklikle Tasarlanan Tıp Teknolojileri

Hümeyra Şahin Bektay

İnsanların gördüğünü çizme, resmetme, kayıt altına alma eylemi, ilk çağlardan beri her günün kendi teknolojik araçları ölçüsünde varlığını sürdüren bir eğilim olmuştur. Görülen ve hayal edilen arasındaki ilişkiyi yansıtan bu davranış, dijital çağda Karma Gerçeklik [Mixed Reality] tanımı altında önce Sanal Gerçeklik [Virtual Reality], ardından popülerleşen Artırılmış Gerçeklik [Augmented Reality] kavramları ile yeniden yerini almıştır. Sanal gerçeklik, gerçek mekândan tamamen soyutlanmış dijital bir ortamda sanal nesnelerin görüntülenmesini tanımlarken, artırılmış gerçeklik sanal nesnelerin gerçek görüntüler içerisine konulmasını ve 3D iki ortamın dijital olarak birleştirilmesini ifade eder.

Artırılmış gerçeklik kavramı yakın zamanda Pokemon GO oyunu ile duyulmuş olsa da doğuşu 1968 yılına dayanmaktadır. Harvard Üniversitesi’nden Prof. Dr. Ivan Sutherland’ın geliştirdiği Demokles’in Kılıcı [The Sword of Damocles] adlı başlığa monteli gösterge cihazı [head-mounted-display] ile kavramın temelleri atılmıştır. Zaman içerisinde ilerleyen teknik, 1990 yılında Boeing’li araştırmacı Tom Caudell tarafından “artırılmış gerçeklik” olarak adlandırılmıştır. 1992 yılında ise Louis Rosenberg tarafından ABD Hava Kuvvetleri Araştırma Laboratuvarı’nda (USAF RL) ’’Sanal Armatürler’’ [Virtual Fixtures] isimli ilk robotik artırılmış gerçeklik sistemi geliştirilmiş ve bu teknik askeri amaçla kullanılmıştır. Son yıllarda meydana gelen yenilikler, artırılmış gerçeklik teknolojisinin alanını genişletmiş ve kullanılabilirliğini arttırmıştır. Arkeolojik yapıların simülasyonundan, iç mimari tasarıma, afetle mücadeleden acil durum yönetimine, askeriyeden oyun, spor ve turizme kadar çeşitli alanlarda ilerleme kaydedilmiştir. Modern medikal teknolojiler ise arttırılmış gerçekliğin hızla gelişim gösterdiği ve bilim insanlarının ilgisini çeken güncel alanlar arasında ilk sıralarda yer almaktadır.

Tıp eğitiminin daha anlaşılır hale getirilmesi ve görsel gerçekliğin desteklenmesi için tasarlanan yeni materyaller artırılmış gerçeklik teknolojisini yaygınlaştırmaktadır. Giyilebilir teknoloji niteliğinde geliştirilen Google Gözlük [Google Glass], tıp eğitimindeki pratiğe dayalı modüllerin görünebilirliğini geliştirmeyi amaçlamıştır. Eğiticinin gözünü çevirdiği yöne odaklanan akıllı kamera sistemi, uygulamalı dersin uzaktan kolayca izlenip kaydedilmesini sağlamaktadır. Bu sayede pratiğe dayalı modüllere farklı bir uygulama getiren Google Gözlük, Radboud Üniversitesi Medikal Merkezi tarafından tıp eğitiminde tercih edilmiştir. Son yıllarda kullanıma sunulan Microsoft Hololens ise insanlık tarihi boyunca kadavra diseksiyonu ile yapılan anatomi eğitiminin, yenilikçi bir yaklaşımla dijital ortamda simülasyon üzerinden gerçekleştirilebileceğini göstermiştir. Cleveland Klinik ve Case Western Reverse Üniversitesi tarafından tıp eğitiminde kullanılan artırılmış gerçeklik teknolojisiyle tasarlanmış Hololens, öğrencilere alışılmışın dışında uygulamalı eğitim deneyimi sunmaktadır. İnsan anatomisini görselleştiren üç boyutlu hologramlar sayesinde tek bir kesitte bulunan farklı doku ve sistemlerin ayrı olarak da incelenebildiği tasarım, öğrenciye dokunsal geri bildirimde de bulunabilmektedir. Benzer bir amaç için başa takılan ekran formatında hazırlanan CadaVR, sanal gerçeklik teknolojisinden yararlanarak kullanıcıyı dijital bir anatomi laboratuvarına sokmaktadır. Sanal kadavra görsellerinin parçalanabildiği, çevrilebildiği, elle tutularak keşfedilebildiği sistem, yaşayan kadavra laboratuvarı olarak nitelendirilmektedir.

Eğitim alanında meydana gelen yeniliklerin yanı sıra, hastalıkların teşhisinde kullanılan yöntemler de artırılmış gerçeklik ve sanal gerçeklik teknolojileri ile başka bir döneme girmiştir. İnsan vücudunun üç boyutlu yapısı göz önüne alındığında, günümüze kadar gelmiş 2D görüntülü teşhis tekniklerinin geliştirilmesinin gerekliliği ortaya çıkmaktadır. Yüzey oluşturma prensibine dayanan görüntüleme metotlarında, çözünürlük kapasitesi aynı anda sadece tek bir doku tipini fark edebilmektedir. Bu açıdan yüzey oluşturan 2D yöntemler, birden fazla doku ve organ sisteminin birbiriyle ilişkisini bir düzlem üzerinden izlemede kısıtlı kalmaktadır. Pek çok doku ve organın dış yüzeylerinin benzer yoğunlukta bulunması nedeniyle ayrım noktalarının belirgin olmaması bir diğer kısıtlama olarak karşımıza çıkmaktadır. Hacim oluşturma prensibine dayanan görüntüleme metotlarında ise doku ve organ yoğunluklarına göre renklendirme yapılmaktadır. Ancak tanı radyolojisinde yoğun olarak kullanılmasına rağmen bu yöntemlerde de yapıların üst üste binmesi durumu söz konusudur. Özellikle beyin damar ağının görüntülemesinde bu durum ciddi bir problem oluşturmaktadır. Bu iki prensibin dezavantajları karşılaştırıldığında, tanı radyolojisine yeni bir yaklaşım sunan artırılmış gerçeklik ve sanal gerçeklik teknolojisiyle ameliyat öncesi planlamanın geliştirildiği ve intraoperatif cerrahi işlemlerin iyileştirildiği görülmüştür. Dünya genelinde yapılan yıllık 600 milyon tıbbi görüntülemenin yarısında 3D teknik kullanılsa da sonuçların hala 2D monitör düzleminden izleniyor olması bu iki prensibin dezavantajlarını gündeme getirmektedir. Oluşan riskleri önlemek için rutin uygulanan bu yöntemler üzerinden 3D görüntü elde etmek üzere Echopixel adıyla bir görüntüleme programı tasarlanmıştır. Karma gerçeklik teknolojisini temel alan program, BT, MRG, PET ve ultrasondan elde edilen verileri 2D monitörden 3D ortama aktararak doku ve organların detaylıca incelenebilmesini sağlar. Cihazın monitörü, kullanıcının baş hareketlerine göre görüntü alan dört farklı kameraya sahiptir. Sagital, koronal ve aksiyal açı ile kısıtlı olmayan 3D görüntü bu sayede elde edilir.

Damar uzunluklarının ölçümünü hedef alan bir çalışma da Echopixel’in kullanım avantajlarını ortaya koymaktadır. İki grup hasta verisi üzerinde yapılan araştırmada, internal karotid arter uzunluklarının belirlenmesi amaçlanmıştır. Çalışmada ilk veri kümesindeki arter uzunluklarının 0.94 mm gibi dar bir farkla ölçülebildiği görülmüştür. Karotid arterin eğimleri, belirlenmesi zor yapısı ve düşük seviyede gösterdiği genişlemeler göz önüne alındığında, damar uzunluğunun dar bir değişkenlikle ölçülmüş olması, metodun başarısına işaret etmektedir. Çalışma, 3D ekran ve dokunsal geribildirim sayesinde yöntemin geliştirilmiş tekrarlanabilirlik ve yüksek doğruluk oranıyla ölçüm sağladığını ortaya koymuştur. Endovasküler operasyonlar üzerinde yapılan bir diğer incelemede ise 3D görüntüleme tekniklerinin avantajları gösterilmiştir. Çalışmaya göre, siroz hastalarındaki damar dallanmalarını daha net görüntüleyerek kateterizasyonu kolaylaştıran bu yöntemle, operatörün doku ve organlara daha iyi hakim olabildiği ve manevra kabiliyetinde artış izlendiği ifade edilmiştir.

Görüntüleme tekniklerinin artırılmış gerçeklik ile geliştirilmesi sadece teşhis metotları için değil, klinikte uygulanan rutin testler için de avantaj sağlamaktadır. Accuvein ismiyle piyasaya sürülen medikal cihaz, kızılötesi dalgadan yararlanarak ışın yansıtma prensibini temel alır. Cihazdan yayılan kızılötesi ışın, hastanın kan dokusu tarafından absorbe edilir. Ardından tekrar damarı çevreleyen dokuya yansır ve hastanın damar dizilimini haritalandırarak gözle görülebilir hale getirir. Böylece cihaz gerçek zamanlı bir damar görüntüsü sunarak flebotomi (kan alma) esnasında oluşan yanlış uygulamaların önüne geçilmesine katkıda bulunmuştur.

Medikal teknolojilerde artırılmış gerçeklik ile gelen yenilikler, hastane veya tıp merkezlerindeki uygulamalarla sınırlı değildir. Artırılmış gerçeklik teknolojisi oyun, navigasyon, bilişim, sosyal ağ gibi popüler uygulamalarda normal görme fonksiyonuna sahip bireyler baz alınarak kullanılmaktadır. Oysa teknolojinin görme bozukluğu bulunan kişilerde yaşam kalitesini arttırmak amacıyla kullanılması özgün bir düşünce içermektedir. Oxsight ismiyle 2016 yılında sunulan bir tasarım, görme bozukluğu yaşayan kişilere görüşün yeniden kazandırılmasını amaçlamıştır. Tasarım, görme merkezinin hasar almadığı görüş bozukluklarında beynin ortamdaki ipuçlarını algılamaya açık olmasından yararlanır. Objeden gelen renk ve boyut verilerinin iyileştirilerek beyne ulaştırılması, merkezi sinir sisteminde hala var olan görme kabiliyetinin yeniden kullanılabilmesini sağlamıştır. Sistemin temel prensibi olan işitsel-dokunsal etkileşim paradigması sayesinde birey işaret ederek, dokunarak, konumunu veya yönünü değiştirerek etrafındaki nesneleri algılayabilmektedir. Diğer duyu yetileriyle beyne gelen ipuçları görsel bir veri haline getirilir ve görme bozukluğu yaşayan kişilere bu sayede günlük yaşamda belirgin bir yarar sağlanmış olur.

Artırılmış gerçeklik sayesinde bireyin yaşam kalitesinin geliştirildiği bir diğer uygulama ise radyasyon maruziyetinin ölçülmesidir. Radyasyon temelli işlemler her ne kadar “mümkün olduğunca az” prensibine dayanarak uygulansa da kemik iliği, tiroit ve lenf bezleri gibi radyasyona duyarlı doku ve organlar üzerinde belirli kanser tiplerine yol açabilmektedir. Uzun mesai saatleri boyunca radyasyona maruz kalan sağlık çalışanlarında vücuda geçen ışımanın tespit edilmesi, patolojik risklerin önlenebilmesi açısından kritik öneme sahiptir. Yapılan bir çalışma, sağlık personellerinin maruz kaldıkları günlük radyasyon oranını, artırılmış gerçeklik teknolojisi ile izlemeyi başarmıştır. Böylece aşırı yükleme sonucu oluşabilecek hayati risklerin önüne geçilmesi amaçlanmıştır.

Görsel teknolojiyle gelen medikal yeniliklerin tıbbi bilimlere ve teşhis-tedavi uygulamalarına dair meşakkatli ve zaman alan süreci kolaylaştırdığı aşikardır. Artırılmış gerçeklik özelinde bahsedilen yöntemlerle, sağlık sistemindeki yanlış uygulamaların önüne geçilmesi hedeflenmiş ve tekniğin kullanıldığı klinik çalışmalara dair olumlu sonuçlarının artmasıyla bahsedilen amaca ulaşılmıştır. Artırılmış gerçeklik de bireysel düzeyde insan hayatına girebileceği noktayı, bahsedilen medikal teknolojiler alanında bulmuş, sektörel bazda ise mesleki alanlara nüfuz alanını genişletme, hızlı iş üretme, öngörü oluşturabilme, verim artışı, pratik sonuç alma gibi farklı fonksiyonlar kazandırarak son yüzyılın ilgi çekici yenilikleri arasında yer almayı başarmıştır. Günden güne gelişimine ivme kazandıran görsel teknolojiler, küçük ölçekte insan hayatını pratik hale getirmeyi amaçlasa da büyük resme bakıldığında mekânı sınırsız ve kişiye göre tasarlanabilir kılma eğilimi göstermektedir. Genel yaklaşım karma gerçeklik, sanal gerçeklik ve artırılmış gerçeklik uygulamalarının insan hayatına katkı sağladığı yönünde olsa da yakın gelecekte sanal ile gerçeğin kişiden kişiye değişkenlik göstermesine etkisinin olabileceği de üzerinde titizlikle durulması gereken bir yorumdur.

Kaynakça
1.
Isberto M. Augmented Reality Vs. Virtual Reality. https://www.colocationamerica.com/blog/history-of-augmented-reality. Published 2018.

2.
Devopedia. Augmented Reality. https://devopedia.org/augmented-reality. Published 2018. Accessed October 25, 2018.

3.
Kostov GY. Fostering Player Collaboration Within a Multimodal Co-Located Game. 2015;(September).

4.
Kamphuis C, Barsom E. Augmented reality in medical education? 2014. doi:10.1007/s40037-013-0107-7.

5.
Brian Chau. Case Western & Cleveland Clinic using augmented reality for medical education. https://www.imedicalapps.com/2016/06/case-western-cleveland-clinic-augmented-reality-medical-education/. Published 2016.

6.
Ahmed M, Mohammed A, Khalaf MH, Kesselman A, Wang DS, Kothary N. BRIEF REPORT A Role for Virtual Reality in Planning Endovascular Procedures. J Vasc Interv Radiol. 2018;29(7):971-974. doi:10.1016/j.jvir.2018.02.018.

7.
David B, Wilke C, Wilke C, et al. Augmented Reality and Virtual Reality : Initial Successes Successes in in Diagnostic Diagnostic Radiology Radiology. 2018. doi:10.5772/intechopen.74317.

8.
EchoPixel reveals CT, MRI, and ultrasound scans in 3D. 2017. https://medical.electronicspecifier.com/optomedical/echopixel-reveals-ct-mri-and-ultrasound-scans-in-3d.

9.
Mitchell T. vEchopixel: A New Flavor of Mixed Reality. http://arinmed.com/echopixel-new-flavor-mixed-reality/. Published 2017. Accessed October 22, 2018.

10.
Kaminsky I, Adix M, Choi I. E-010 Vessel Length Spline Measurement with Echopixel True 3D Viewer. J Neurointerv Surg. 2016;8(Suppl 1):A49.2-A50. doi:10.1136/neurintsurg-2016-012589.82.

11.
Paper C, Miyake RK, Kikuchi R. Vein Imaging : A New Method of Near Infrared. 2016;(May). doi:10.1111/j.1524-4725.2006.32226.x.

12.
Coughlan JM, Miele J. AR4VI : AR as an Accessibility Tool for People with Visual Impairments.

13.
Taylor Mitchell. Improving Radiation Awareness with Augmented Reality. http://arinmed.com/improving-radiation-awareness-augmented-reality/. Published 2017. Accessed October 14, 2018.

14.
Patients P, Strauss KJ, Kaste SC. The ALARA ( As Low As Reasonably Achievable ) Concept in Pediatric Interventional and Fluoroscopic Imaging : Striving to Keep Radiation Doses as Low as Possible during White Paper Executive Summary 1. 2006;240(3).

15.
Rodas N. A global radiation awareness system using augmented reality and Monte Carlo simulations. 2018.