Augmented reality for simulation based training and assessment in minimal invasive surgery
Authors: Λαχανάς Βασίλειος 
Published: August 2021

Η Λαπαροσκοπική Χειρουργική και οι Ελάχιστα Επεμβατικές Επεμβάσεις (ΕΕΕ) αποτελούν αναγνωρισμένες μεθόδους πραγματοποίησης χειρουργικών πράξεων, κομίζοντας σημαντικά οφέλη τόσο προς τους ασθενείς όσο και τους παρόχους υγείας. Τα πλεονεκτήματα των ΕΕΕ όμως συνοδεύονται και με μια σειρά νέων απαιτήσεων που αφορούν τις ψυχοκινησιακές και γνωστικές δεξιότητες των χειρουργών. Στοχεύοντας στην κάλυψη των εν λόγω απαιτήσεων, το κλασικό μοντέλο της χειρουργικής εκπαίδευσης εξελίχθηκε, εντάσσοντας την ιατρική προσομοίωση (ΙΠ) στα υπάρχοντα πρωτόκολλα εκπαίδευσης. Η ΙΠ προσφέρει ένα ελεγχόμενο περιβάλλον όπου οι χειρουργοί αποκτούν και εξασκούν τις απαιτούμενες δεξιότητες με ασφαλή τρόπο. Σημαντικό ρόλο σε αυτή την εξέλιξη διαδραμάτισε η ραγδαία ανάπτυξη του κλάδου των υπολογιστών και της τεχνολογίας της Εικονικής Πραγματικότητας (ΕΠ). Σήμερα, η διδασκαλία της χειρουργικής γνώσης και η εξάσκηση των δεξιοτήτων πραγματοποιούνται σε τελευταίας τεχνολογίας συστήματα ΕΠ, τα οποία επιτρέπουν την προσομοίωση πραγματικών σεναρίων εκπαίδευσης σε ένα απολύτως συνθετικό περιβάλλον. Η Επαυξημένη Πραγματικότητα (ΕΑ) είναι μια σχετικά νέα τεχνολογία που επιτρέπει την ρεαλιστική επιπροβολή ψηφιακών στοιχείων σε μια πραγματική σκηνή. Κατά τις τελευταίες δύο δεκαετίες, η εν λόγω τεχνολογία έχει χρησιμοποιηθεί ως εναλλακτική της ΕΠ σε πολλούς τομείς, μερικοί εκ των οποίων αφορούν και ιατρικές εφαρμογές. Η πιθανή χρήση όμως της ΕΠ για την εκπαίδευση και αξιολόγηση δεξιοτήτων στην Λαπαροσκοπική χειρουργική δεν έχει μελετηθεί επαρκώς.Στην παρούσα διδακτορική διατριβή παρουσιάζουμε ένα πρωτοπόρο σύστημα εκπαίδευσης και αξιολόγησης βασικών δεξιοτήτων λαπαροσκοπικής χειρουργικής σε περιβάλλον ΕΠ. Το προτεινόμενο σύστημα αποτελεί μια πλήρως λειτουργική πλατφόρμα εκπαίδευσης η οποία επιτρέπει σε χειρουργούς να εξασκηθούν χρησιμοποιώντας πραγματικά λαπαροσκοπικά εργαλεία και αλληλεπιδρώντας με ψηφιακά αντικείμενα εντός ενός πραγματικού περιβάλλοντος εκπαίδευσης. Το σύστημα αποτελείται από ένα τυπικό κουτί λαπαροσκοπικής εκπαίδευσης, πραγματικά χειρουργικά εργαλεία, κάμερα και συστοιχία αισθητήρων που επιτρέπουν την ανίχνευση και καταγραφή των κινήσεων του χειρουργού σε πραγματικό χρόνο. Χρησιμοποιώντας το προτεινόμενο σύστημα, σχεδιάσαμε και υλοποιήσαμε σενάρια εκπαίδευσης παρόμοια με τις ασκήσεις του προγράμματος FLS®, στοχεύοντας σε δεξιότητες όπως η αίσθηση βάθους, ο συντονισμός χεριού-ματιού, και η παράλληλη χρήση δύο χεριών. Επιπλέον των βασικών δεξιοτήτων, το προτεινόμενο σύστημα χρησιμοποιήθηκε για τον σχεδιασμό σεναρίου εξάσκησης διαδικαστικών δεξιοτήτων, οι οποίες περιλάμβανουν την εφαρμογή χειρουργικών clips καθώς και την απολίνωση εικονικής αρτηρίας, σε περιβάλλον ΕΠ.Τα αποτελέσματα συγκριτικών μελετών μεταξύ έμπειρων και αρχαρίων χειρουργών που πραγματοποιήθηκαν στα πλαίσια της παρούσας διατριβής υποδηλώνουν την εγκυρότητα του προτεινόμενου συστήματος. Επιπλέον, εξήχθησαν σημαντικά συμπεράσματα σχετικά με την πιθανή χρήση της ΕΑ στην λαπαροσκοπική προσομοίωση. Η συγκεκριμένη τεχνολογία προσφέρει αυξημένη αίσθηση οπτικού ρεαλισμού και ευελιξία στον σχεδιασμό εκπαιδευτικών σεναρίων, παρουσιάζοντας σημαντικά μικρότερες απαιτήσεις από πλευράς εξοπλισμού σε σύγκριση με τις υπάρχουσες εμπορικές πλατφόρμες. Βάσει των αποτελεσμάτων της παρούσας διατριβής μπορεί με ασφάλεια να εξαχθεί το συμπέρασμα πως η ΕΠ αποτελεί μια πολλά υποσχόμενη τεχνολογία που θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τον σχεδιασμό προσομοιωτών λαπαροσκοπικής χειρουργικής ως εναλλακτική των υπαρχόντων τεχνολογιών και συστημάτων.