Hammaslääkäri

Perjantai 14.12.2018

Virtuaalitodellisuus ja lisätty todellisuus kirurgin apuna

Virtuaalitodellisuutta hyödynnetään jo joissakin lääketieteen kliinisissä sovelluksissa esimerkiksi kivunhallinnassa, kirurgiassa, kuntoutuksessa, psykiatriassa ja koulutuksessa.


– Kirurgian puolella uusi teknologia mahdollistaa esimerkiksi leikkausten todellisen kolmiulotteisen suunnittelun ja simuloinnin virtuaaliympäristössä.

Suunnittelussa voidaan hyödyntää myös lisätyn todellisuuden teknologiaa, jossa reaalimaailmaan yhdistetään digitaalisia elementtejä, tiivistää ylilääkäri Risto Kontio HYKSin Pää- ja kaulakeskuksesta.

Uudet sovellukset rakentuvat aiemmalle lääketieteen ja teknologian luomalle perustalle. Keskeinen askel oli digitaalisen dataformaatin saaminen muotoon, jolla informaatio voidaan siirtää digitaalisen kuvantamisen, digitaalisen suunnittelun ja eri valmistustekniikoiden (CAD/CAM) välillä. Tämä mahdollistaa 3D-teknologian hyödyntämisen.

Suunnittelu ja mallintaminen voidaan tehdä virtuaalisesti ja tulostaa ilman välivaiheita esimerkiksi laser- tai 3D-printterillä. Suunnitteluryhmän jäsenet voivat työskennellä reaaliajassa verkon välityksellä eri paikoissa. Uusin askel on potilasdatan suunnittelun ja mallintamisen vieminen yhteiseen virtuaaliseen ja lisättyyn todellisuuteen.

Virtuaalitodellisuus VR (Virtual Reality) on tietokonesimulaation avulla luotu keinotekoinen kolmiulotteinen ympäristö, jota katsotaan virtuaalilaseilla. VR voi jäljitellä jotain todellista ympäristöä tai luoda kuvitteellisen tilan. Lisätty todellisuus AR (Augmented Reality) tarkoittaa tietokoneella luotujen kuvien ja erilaisen avustavan informaation visualisoimista reaalimaailman päälle.

Suomessa ensimmäinen VR/AR-teknologiaa hyödyntävä leikkaus tehtiin HUS:in neurokirurgian poliklinikalla kesällä 2017. Parhaillaan Pää- ja kaulakeskuksessa on käynnissä pilotti, jossa kehitetään VR/AR-teknologiaan perustuvaa sovellusta suu- ja leukakirurgian suunnittelun ja simuloinnin työkaluksi. Kehittäminen tapahtuu yhteistyössä Disior Bonelogicin kanssa. Monitieteinen kehitystyö vaatii lääketieteellisen ja teknisen osaamisen yhdistämistä.

– Kehitämme sovellusta, jolla voidaan suunnitella ja simuloida koko operaatio kolmiulotteisessa virtuaalitodellisuudessa yksityiskohtaisesti. Lähtökohtana on potilaan kuvantamisdatan siirtäminen 3D-virtuaalitodellisuuteen. Kirurgin näkökenttään saadaan heijastettua virtuaalilaseilla potilaan 3D-kallomalli oikeassa mittakaavassa hologrammi-kuvana, jota voi liikutella ja tarkastella eri suunnista. Tietokone laskee samanaikaisesti kirurgille tarvittavia suureita ja ehdottaa leikkaussuunnitelman.

Saman virtuaalinäkymän äärellä voi olla monta ammattilaista yhtä aikaa samassa tilassa tai etäyhteyden päässä. Tämä mahdollistaa myös etäkonsultaation.

Tavoitteena nopeampi, tarkempi ja yksilöllisempi hoito

Sovellusta voidaan Kontion mukaan hyödyntää esimerkiksi lujuuslaskennassa ja murtumien korjaamisessa. Järjestelmä laskee algoritmien avulla murtuma-alueelle kohdistuvia purentavoimia, kertoo kiinnityslevyn optimaalisen lujuuden ja kiinnityskohdan ja ehdottaa leikkaussuunnitelmaa.

Kirurgi hyödyntää tietokoneen laskentaa ja ehdotusta päätöksenteossaan.

– Voimme suunnitella ja mallintaa virtuaalitodellisuudessa myös kiinnityslevyt, ohjaimet ja istutteet vielä nykyistä tarkemmin potilaan yksilöllisten olosuhteiden ja vaatimusten mukaan.

Leikkaussalissa kirurgi näkee virtuaalilasien läpi sekä todellisuuden että suunnitelman vaihe vaiheelta etenevänä hologrammikuvana (lisätty todellisuus), jossa mm. anatomiset rakenteet näkyvät kolmiulotteisina.

– Kun hologrammikuva sovitetaan virtuaalilasien läpi leikkauspöydällä olevan potilaan todellisten fyysisten rakenteiden päälle, pystytään esimerkiksi syöpäkudos paikantamaan ja poistamaan tarkemmin kuin nykymenetelmillä on mahdollista. Sovelluksella voidaan siis tehdä hyvin hienojakoisia laskelmia, kuten mitata syöpäkudoksen tarkka etäisyys kriittisistä anatomisista rakenteista, Kontio selittää.

– Muita hyötyjä ovat leikkausten laadun paraneminen ja potilasturvallisuus sekä nopeampi, tarkempi ja yksilöllisempi hoito. Hoito on potilaalle turvallisempaa ja toipuminen nopeampaa, mikä säästää sekä yhteiskunnan että potilaan resursseja. Uusi tekniikka helpottaa myös toimenpiteiden dokumentointia, mikä tukee niin laadunvarmistusta kuin potilaan ja kirurgin oikeusturvaa. Dokumentointia voidaan hyödyntää myös opetuksessa, Kontio luettelee.

Kirurgin näkökulmasta VR/AR-teknologia on työkalu suunnitteluun, simulointiin, rakenteiden mallintamiseen ja se toimii myös tukena leikkauksen aikana.

– Uutta teknologiaa voidaan hyödyntää myös opetuksessa ja täydennyskoulutuksessa, kun toimenpiteitä voidaan harjoitella virtuaalitodellisuudessa. Jossain vaiheessa mukaan voidaan todennäköisesti liittää myös haptisia eli tuntoaistimusta jäljitteleviä ominaisuuksia, jotka ovat tuttuja jo nykyisestä pelimaailmasta, Kontio pohtii.

Isoimmaksi haasteeksi hän mainitsee VR/AR-teknologian ja todellisuuden integroimisen lääketieteen sovelluksissa vaadittavalla tarkkuudella ja toimintavarmuudella. Käytännössä kyse on siitä, miten VR/AR-elementit saadaan liikkeessäkin kohdistettua ja pidettyä tarkasti potilaan anatomisten rakenteiden päällä.

Haasteita aiheuttavat vielä myös monet käytettävyysongelmat, kuten virtuaalilasien painavuus ja kömpelyys sekä riittämätön resoluutio. Lisäksi virtuaalimaailman mahdollistavat 3D-lasit aiheuttavat osalla käyttäjistä päänsärkyä ja pahoinvointia.

Kliiniseen käyttöön Hololensin-tyyppinen VR/AR-sovellus voitaisiin Kontion arvion mukaan saada muutaman vuoden kuluttua. Jo sitä ennen virtuaalitodellisuuden erilaiset lääketieteelliset sovellukset tulevat todennäköisesti lisääntymään, koska toimiva teknologia on jo olemassa ja
kehitystyötä tehdään paljon eri puolilla maailmaa.

– Visio on selvä ja monet tekniikat ja työkalutkin jo olemassa, mutta kehittämistä ja eri palasten yhteensovittamista on vielä paljon.