ابزاری جدید برای آموزش تشخیص و درمان , واقعیت افزوده مشاهده باطن

برخلاف واقعیت مجازی كه كاربر را كاملا در محیط مجازی، غرق می‌سازد، كاربر در حالت واقعیت افزوده، به صورت آزادانه با محیط در تعامل است و اشیاء مجازی، مسایلی كه از حواس كاربر پنهان است را به او می‌نمایاند. به صورتی كه دنیای حقیقی و مجازی به صورت ساده جمع نمی‌گردند بلكه كاملا در تعامل است. خصوصیات سیستم و محیط واقعیت افزوده را می‌توان تعامل دنیای مجازی و واقعی، سه بعدی بودن و زمان-واقع۱ بودن.‏دانست.

● تفاوت با واقعیت مجازی

"پل میلگرام۲" در ۱۹۹۴، تعاریف جالبی از مفاهیم فوق‌الذكر ارائه نموده است. وی معتقد است كه در مصورسازی۳، گستره دنیای واقعی تا فضای مجازی، مسیر پیوسته‌ای دارد كه می‌توان عناصر مجازی را وارد دنیای واقعی كرد یا عناصر واقعی را به درون محیط مجازی آورد.

همانطور كه در شكل هم برآن تاكید شده است، آنچه به عنوان محیط در واقعیت مجازی در نظر گرفته می‌شود مدلی از محیط واقعی و نه خود آن است. برای رسیدن به هدف واقعیت افزوده لازم است تا از نوع خاصی از ‏HMD۴ كه به كاربر اجازه دیدن محیط را می‌دهد، استفاده شود. این نوع ‏HMDها به ‏See-through‏ موسومند و در دو نوع نوری۵ و دوربین‌دار۶ یافت می‌شود. مشكل نوع دوربین تاخیر آن است كه باید حتما در محاسبات سیستم در نظر گرفته شود تا به زمان-واقع بودن سیستم، خدشه‌ای وارد نشود. نوع نوری نیز بعضی از طول موج‌های نور مرئی را جذب می‌نماید و در نتیجه رنگ مشاهده شده، واقعی نخواهد بود. بسته به نوع كاربرد نوع ‏HMD‏ جهت تطابق با نیاز كاربر انتخاب می‌شود

● مزایای واقعیت افزوده

تعامل كاربر با محیط را آسان می‌سازد و اشیاء مجازی اطلاعاتی در اختیار كاربر قرار می‌دهد كه بر حواس وی پوشیده است.‏

كاربر همان طوری‌كه از دنیای واقعی، تاثیر گذارده و تاثیر می‌پذیرد، با دنیای مجازی نیز در تعامل است. ورودی‌های سیستم واقعیت افزوده، هر چیزی كه برای سنسورهای موجود، قابل حس كردن باشد و خروجی آن، عمل‌كننده بر تمام حواس انسانی است.

● انواع تعاملات كاربر و سیستم واقعیت افزوده

توسط صدا، توسط اشاره، توسط نور، توسط لمس، توسط وسایل مسیریابی، انواع ‏HMD‏ دستكش داده و حلقه انگشت اشاره.‏

روند افزودن شامل موارد زیر است:‏

افزودن اشیاء مجازی به دنیای واقعی، حذف كردن یا مخفی كردن اشیاء از جهان واقعی و تصمیم‌سازی درست.

در این راستای افزودن نكات زیر باید در نظر گرفته شود:

▪ لازم است مشخص شود كه چه اطلاعاتی مد نظر است،

▪ داده‌ها به شیوه‌ای مناسب نمایش داده شود و

▪ تعامل مناسبی بین كاربر و سیستم واقعیت افزوده برقرار گردد.‏

و تمام موارد فوق بسته به كاربرد، تعیین می‌گردد.

● كاربردهای واقعیت افزوده:

پزشكی (آموزش جراحی، تشخیص به كمك كامپیوتر، برنامه‌ریزی جراحی و ایجاد دید باز برای جراح)‏

اگر مهم‌ترین كاربرد واقعیت افزوده را استفاده از آن در امر تشخیص و درمان بیان شود، سخنی به گزاف نیست چرا كه اثرات آن غیر قابل باور است. زمانی را تصور كنید كه سیستم‌های تصویربرداری وجود نداشت، پزشكان و متخصصان در آن زمان، بدن را سیستم بسته‌ای می‌انگاشتند كه ورودی‌های محدودی دارد و تنها راه نفوذ و آگاهی از داخل این سیستم بسته، همان ورودی‌هاست. مثلا از گوش و دهان به داخل بدن بیمار نگاه می‌كردند یا درجه حرارت بدن را اندازه‌گیری می‌نمودند. كشف اشعه ‏X‏ توسط رونتگن در سال‌های پایانی قرن نوزدهم، نقطه عطفی برای دانش تصویربرداری پزشكی بود، به‌گونه‌ای كه تا سال‌ها بعد، همچنان از این روش جهت مشاهده اندام‌های داخل بدن استفاده می‌شد.

حدود ۷۰ سال بعد، هانسفیلد سیستم سی‌تی‌اسكن را بر مبنای نظریات ریاضیاتی بسیار قدیمی همچون تبدیل فوریه، تبدیل رادون و.. طراحی كرد. البته تا آن سال‌ها، كامپیوتر یا سخت‌افزار خاصی وجود نداشت كه قابلیت انجام محاسبات پیچیده این فرآیند را داشته باشد، در نتیجه امكان پیاده‌سازی سیستم مورد نظر، فراهم نشده بود اما تیم هانسفیلد، نخستین گروهی بود كه توانست این كار را انجام دهد. در این فرآیند، دریافت داده‌های سی‌تی‌اسكن حدود چند ساعت و محاسبات لازم جهت بازسازی تصاویر نیز چند روز به‌طول می‌انجامید. البته با توجه به اینكه در مدت تصویربرداری، قطعا بیمار حركت كرده و جابجا شده و تنفس كرده بود، تصاویر كیفیت مناسبی نداشت ولی با این وجود، در آن زمان تنها تصاویری بود كه اطلاعات مفیدی پیرامون استخوان‌ها به پزشكان ارائه می‌نمود.

گفتنی است تحقیقات در شاخه‌های دیگر تصویر‌برداری همچون التراسوند، از سال‌های پیش از آن آغاز شده بود. یكی از مهم‌ترین دلایل پیشرفت در شاخه التراسوند، غرق شدن كشتی تایتانیك بود كه در زمان خود، جنجال‌های بسیار آفرید و دانشمندان را وادار كرد تا چاره‌ای برای آگاهی كشتی‌ها از وجود مانع در پیش روی آنها بیاندیشند. این امر تا جنگ‌های جهانی اول و دوم نیز ادامه یافت تا اینكه در سال ۶۰ میلادی، "یان دونالد" و همكارانش از التراسوند برای مشاهده جنین استفاده كردند و این نقطه آغاز بهره‌برداری پزشكی و بالینی از التراسوند بود. البته صحبت پیرامون تصویربرداری پزشكی، از حوصله این بحث خارج است.

آنچه مسلم است، این اطلاعات بالینی هر روز زیاد و زیادتر می‌شود اما همه تیم‌های تحقیقاتی به این نتیجه رسیده‌اند كه لازم است سیستم‌هایی طراحی شوند كه بیشترین و بهینه‌ترین اطلاعات را به پزشكان منتقل نماید. این امر به‌ویژه در تیم‌های جراحی كه عملیات بسیار حساسی را دنبال می‌كنند، اهمیت خاصی دارد.

همان‌طور كه در تصویر فوق مشاهده می‌شود، جراح به هنگام استفاده از آندوسكوپی، ملزم است سرش را بچرخاند و به مانیتوری كه در در كنار وی قرار گرفته است، نگاه كند؛ تنها به این دلیل كه مهندسان نصب و سرویس شركت مربوطه، آن مانینور را بدون مشورت با جراح، در جایی كه مناسب بوده است، نصب نكرده‌اند. بدین ترتیب تمام زحمت و فعالیت یك عمل جراحی بر عهده جراح قرار می‌گیرد، زیرا وی مجبور است سرش را به سمت دیگری بچرخاند و به صورت ذهنی، اطلاعات چند مانیتوری را كه در اتاق عمل قرار گرفته است را با هم تركیب نماید و با قدرت رویاپردازی خود، مشاهدات خود را از خارج بدن بیمار با داخل بدن وی منطبق نماید. این مشكل را می‌توان بدین‌گونه حل نمود كه تمام اطلاعات به‌دست آمده از بیمار را به یك سیستم منتقل كرد تا این سیستم، بیشترین بهره اطلاعاتی را برای پزشك و جراح به‌همراه داشته باشد.

● آموزش جراحی

با استفاده از سیستم آموزش جراحی هزاران بار می‌توان روی بیمار عمل جراحی انجام داد تا مهارت جراح به بالاترین حد ممكن برسد. در این سیستم، سعی شده است تا با شبیه‌سازی محیط جراحی، امكان تكرار هزاران عمل جراحی در طی ساعت‌های متوالی و طولانی، فراهم آید. به دلیل استفاده از مفهوم واقعیت افزوده به جای واقعیت مجازی در این سیستم، حتی‌المقدور سعی شده است تا اجزای بیشتری از فرآیند جراحی به صورت واقعی قرار داده شود و تنها اجزایی از عمل را كه مخاطره‌آمیز است و لزوما جراح باید در آن حیطه، مهارت خود را افزایش دهد، به صورت مجازی، شبیه‌سازی شود. مثلا جراح می‌تواند بر روی حیوانات یا فانتوم‌های هوشمند جراحی كند تا واقعا احساس انجام عمل را داشته باشد، در غیر این صورت اگر همه اجزای اتاق عمل و فرآیند جراحی، مجازی باشد، نمی‌تواند عكس‌العمل‌های لازم را از خود بروز دهد.

● تشخیص به كمك كامپیوتر ‏‎(۷CAD)

‎امروزه فناوری ‏RP۸ كاربردهای گسترده‌ای در صنایع مختلف از جمله پزشكی، خودروسازی، هوا ‌و ‌فضا و... پیدا كرده‌است. این فن‌آوری در زمینه پزشكی موجب ارائه خدماتی همچون نمایش سه بعدی آناتومی بیمار، برنامه‌ریزی جراحی طراحی ایمپلنت و تولید پروتز شده است. این روش با دقت مناسب در زمان بهینه، امكان حذف اشتباهات جراح را ارائه می‌نماید.

نویسنده: مهسا محق-دکتر محمد رضا هاشمی گلپایگانی

پست الکترونیکی: mohegh@iranbmemag.com

مراجع:

‏‎[۱] Augmented Reality in Medicine - A view to the patient۰۳۹;s inside

Dr.-Ing. Michael Schnaider, Bernd Schwald

‎[۲] A Survey of Augmented Reality

Ronald T. Azuma

Hughes Research Laboratories

۳۰۱۱ Malibu Canyon Road, MS RL۹۶

Malibu, CA ۹۰۲۶۵‎

‏‎[۳] Wikipedia Free Encyclopedia, "Augmented Reality"‎

‎[۴] Navigation Methods for an Augmented Reality System, Morten Fjeld, Fred Voorhorst