Arttırılmış gerçeklik (AR) tabanlı nöronavigasyon tekniği geliştirilmesi ve bu tekniğin optik izleme tabanlı nöronavigasyon tekniği ile karşılaştırılması
3D printed marker-based augmented reality neuronavigation: new neuronavigation technique and comparison with optic tracking system neuronavigation
Yazar: GÖRKEM YAVAŞ
Danışman: PROF. DR. MEHMET SEDAT ÇAĞLI
Ege Üniversitesi / Tıp Fakültesi / Beyin ve Sinir Cerrahisi Ana Bilim Dalı / Cerrahi Bilim Dalı
Derece: Tıpta Uzmanlık, 2021
Konu: Nöroşirürji = Neurosurgery
Dizin: Artırılmış gerçeklik = Augmented reality ; Cerrahi = Surgery ; Karıştırılmış gerçeklik = Mixed reality ; Nöronavigasyon = Neuronavigation ; Planlama = Planning ; Sanal gerçeklik = Virtual reality

Özet:
İntrakranial patolojilerin (primer veya sekonder beyin tümörleri, vasküler patolojiler, hidrosefali, epileptik odak vb.) cerrahisinde preoperatif ve peroperatif, patolojinin yerinin milimetrik boyutlarda tayin edilmesi, kitle boyutlarının ve üç boyutlu (3B) yapısının ortaya konulması, önemli yapılarla komşuluklarının belirlenmesi hastanın sağkalım süresi, kitlenin tam olarak çıkartılması, postoperatif dönemde hastanın nörolojik kaybının olmaması açısından oldukça önemlidir. Bu anlamda son 30 senedir kitlenin boyutu, şekli ve yerinin tam olarak ortaya konması için nöronavigasyon terimi ortaya konulmuş ve gün geçtikçe önem kazanmıştır. Beyin patolojilerinin cerrahisinde, 19. Yüzyılın sonlarında stereotaktik çerçeve ile başlayan bu arayış, 20. yüzyılda bilgisayar ve yazılım teknolojilerindeki hızlı ilerleme ile bilgisayar tabanlı cerrahi planlamaya doğru evrilmiştir. Günümüzde, kafatasında veya yüzeysel cilt anatomisinde önemli landmarklar baz alınarak cerrahi planlama yapılmaktadır. 2000'li yılların başında teknolojideki hızlı ilerleme ile kızılötesi kamera kullanılarak geliştirilen nöronavigasyon, yurtdışında ve yurtiçinde beyin ve sinir cerrahisi ameliyatlarında rutin olarak kullanılmaktadır. Ancak bu sistemler, yüksek maliyetli, kurulumu zaman alan ve belirli ameliyat pozisyonlarında kullanımının zor ve yüksek sapma değerlerinin olması, ameliyat sahasından uzak başka bir ekrana bakma zorunluluğu gibi bazı fiziksel sınırlılıkları olan sistemlerdir.
Bu çalışmada son yıllarda geliştirilen arttırılmış gerçeklik (Augmented Reality, AR) mobil cihazlar ile gerçek görüntü üzerine preoperatif rutin olarak hastaya yapılan 3B bilgisayarlı tomografi (BT) ve/veya manyetik rezonans (MR) görüntülerinin yansıtıması, insan kafatasında ve yüzünde yer alan landmarklar ile otomatik entegrasyonu ve hizalanması ile cerrahın gözünün önünde cerrahi uygulanacak patolojinin, operasyon sırasında öneme sahip anatomik yapıların segmentasyon teknikleri kullanılarak renkli, yüksek doğruluk ve kolaylıkla cilt insizyonundan itibaren operasyonun tüm aşamalarında görülmesi hedeflenmiştir. Geliştirilen yeni nöronavigasyon tekniği sayesinde yüksek maliyetli nöronavigasyon sistemlerine bağımlılığın azalacağı, operasyon öncesi hazırlık süresinin kısalacağı ve nöronavigasyonun operasyon sırasında daha verimli hale geleceği, postoperatif erken ve geç dönem komplikasyonların azalacağı ve hastaların sağkalım süresinin artacağı öngörülmüştür.

Abstract:
Intraoperative image guidance has been a necessity in neurosurgical operations for past two decades for localizing the pathology. Preoperative and intraoperative determination of localization, size of the intracranial pathologies (primary or secondary tumors, vascular pathologies, hydrocephalus, epileptic focus etc.) and its 3-dimensional structure gives significant advantage for resection of pathology without any insult to adjacent important structures in order to prevent any neurological deficit and improve patient pathology-based survival. In this sense, the term, neuronavigation, has been introduced to fully reveal the size, shape and location of the mass for the lass 30 years and has gained importance with the help of investments on technology. Neuronavigation in the surgery of intracranial pathologies started with the stereotactic frame-based surgery at the end of 19th century and has evolved into computer-based surgical planning with the progress of software and hardware developments in the 20th century. Surgical planning is made based on important landmarks in the skull or superficial skin anatomy in the current clinical routine and surgical training. Commercially available neuronavigation systems with infrared cameras are essential tools in neurosurgery operations all over the world. However, these systems are high-cost, time-consuming and have some physical limitations (difficult to use in prone, lateral positions, long registration period, the necessity to follow another screen away from the operation field).
In this study, we developed new method with Augmented Reality and mobile devices that can recognize the specific target on the patient's skull. This provides 3D image fixation on the patient's head and can show real pathology real time with the adjacent important structures in 3D. 3D printed, and registered Augmented Reality pathology can be shown on skin surface and in operation with high accuracy and ease, at all stages of the operation by using 3D segmentation techniques. In this way, dependence on high cost neuronavigation systems will decrease and preoperative registration of images can be shortened. The AR neuronavigation can become more efficient during the operation, and postoperative early and late complications can decrease, and survival of patients can increase by the help of total excision of pathology without any injury to adjacent vascular and neural structures.