کاربردهای AR و VR در پزشکی

بررسی عملکرد اپلیکیشن هایی مثل AR و VR در جراحی و بهبود درمان.

واقعیت مجازی با توانایی خود جهت ایجاد یک محیط شبیه سازی شده برای کاربر، در زمینه ی پزشکی گزینه ی مناسبی است. بیماران و پزشکان به طور یکسان از هر چیزی که شانس موفقیت را برای یک روند درمانی افزایش دهد استقبال می کنند. در این حرفه کمبود متخصص و منابع وجود ندارد. تنها در ایالات متحده، مراقبت های بهداشتی در سال 2015 به بیش از 3.24 تریلیون دلار رسیده است. سلامتی تنها چیزیست که همه آن را جدی می گیرند و هیچ وقت کسی استدلال نکرده است که مضایقه کردن از مراقیت های پزشکی ایده ی خوبیست. همانطور که VR به خوبی AR و MR به پیدا کردن جایگاه خود در مسیر اصلی آگاهی عمومی ادامه می دهد، اپلیکیشن های درمانی بیشتری در حال توسعه است. پول زیادی برای کمک به بیماران وجود دارد و این دلیل خوبی برای توسعه دهندگان و نوآوران برای ارتقا تکنولوژی این صنعت می باشد.

جراحی از راه دور

علاوه بر کنفرانس های ویدیویی، واقعیت مجازی قابلیت انتقال کاربران به مکان های دیگر را دارد. اگرچه سال ها برقراری ارتباط در فاصله های گسترده ی جغرافیایی از طریق کنفرانس های ویدیویی و سایر تکنولوژی های مشابه، مقدور بوده است، با این حال VR راهی که مردم در نقاط دوردست بتوانند واقعا با یکدیگر تعامل داشته باشند را ارائه کرده است.
در زمینه ی پزشکی “تعامل” اغلب به معنای “درمان” یا حتی “انجام عمل جراحی” است. جراحی یک مهارت بسیار تخصصی است و یکی از بزرگترین تراژدی های درمان، از دست دادن جان انسان ها به خاطر عدم دسترسی به یک جراح بهتر است.

با استفاده از واقعیت مجازی، بهترین متخصصان جراحی می توانند بیماران را در سراسر دنیا درمان کنند. در مرکز ابداع و ابتکار جراحی (CSii)، دکتر مهران انوری، یکی از اولین جراحانیست که با استفاده از یک ربات کنترل از راه دور عملیات جراحی را انجام داده است. اگرچه دکتر انوری از یک صفحه نمایش کامپیوتری استفاده کرده است، اما واقعیت مجازی فرصت مؤثرتر بودن این نوع جراحی ها را فراهم می کند. با استفاده از صفحه نمایش head-mounted، جراحان می توانند خود را به اتاق عمل هایی که هزاران مایل دورتر هستند منتقل کنند و با استفاده از مهارت های طبیعی و حواس خود، برای نجات انسان ها اقدام نمایند.

آموزش عمل جراحی

یکی از زمینه هایی که جراحان از واقعیت مجازی بهره می برند، آموزش است. دانشگاه های متعددی از جمله استنفورد، از تکنولوژی جدید برای یادگیری دانشجویان و همچنین برای بالا بردن سطح مهارت های متخصصین خود استفاده می کنند.

تحقیق انجام شده در آزمایشگاه Standard Salisbury بسیار جالب است. در این تحقیق، محققان از فیدبک لمسی و حتی “بیماران مصنوعی” برای کمک به آموزش متخصصان پزشکی استفاده می کنند. محیط شبیه سازی جراحی آن ها شامل یک مدل فیزیکی از بیمار می شود که از طریق سیم و مجموعه ای از سنسورها به یک شبیه ساز کامپیوتری متصل می شود. شرکت کنندگان در این آزمایش از دوربین های آندوسکوپی و سایر ابزارهای مدرن مراقبت های پزشکی برای تشخیص و درمان این مدل فیزیکی استفاده می کنند و می توانند نتایج مشابه با درمان یک بیمار واقعی را در مدل فیزیکی خود ببینند.

آموزش پزشکی از طریق VR 

شرکت Medical Realities توانایی استفاده از VR برای آموزش مراقبت های بهداشتی و پزشکی را در ابعاد گسترده دارد. این شرکت در ابتدای سال گذشته اولین جراحی واقعیت مجازی را به صورت زنده از شبکه های سراسر جهان پخش کرد و حدود 50 هزار نفر این رویداد را از طریق دسکتاپ، گوشی و صفحه نمایش Gear VR تماشا کردند. دسترسی به روند یک جراحی واقعی برای همه ی افراد در سراسر دنیا بی سابقه بوده است. شرکت Medical Realities در نظر دارد که در سال های آینده این برنامه را برای افراد بیشتری اجرا کند.
پروژه بعدی این شرکت “طرح مجازی”، مجموعه ای از تجربیات مجازیست که بر خلاف اولین رویداد که در آن یک دوربین 360 درجه روی یک میز کنار پروسه ی جراحی نصب شده بود، دوربین واقعیت مجازی روی سر کسی که عمل جراحی را انجام می دهد، نصب می شود.

درمان درد فانتوم اندام

یکی از خلاق ترین و شگفت انگیزترین کاربردهای واقعیت مجازی در مراقبت های پزشکی درمان درد فانتوم یا PLP است. درد فانتوم اندام (Phantom Limb Pain) وجود اختلالات حسی مثل درد، خارش و سوزش، در بخشی از بدن که قطع شده یا وجود ندارد، می باشد. بیماران مبتلا به این سندروم درد بسیار شدید و غیر قابل کنترلی را تجربه می کنند.
مقاله ای که در مجله ی Frontiers in Neuroscience منتشر شده, تحقیقی را با کمک یک بیمار مبتلا به این سندروم انجام داده است. در این تحقیق پزشکان یک محیط مجازی ایجاد کردند که در آن بیمار از بازوهای از دست داده خود برای انجام کارهای ساده مثل برداشتن و جابه¬جایی اشیاء کوچک استفاده می کند. با کمک سنسورهای myolectric که به عصب بازوی قطع شده وصل می شود، بیمار می تواند بازوی مجازی را مثل یک بازوی واقعی کنترل کند. بدین ترتیب بیمار می تواند ذهن خود را برای آرام سازی عضلاتی که دیگر وجود ندارند، به کار گیرد.

این تحقیق را می توان با واقعیت افزوده که در آن بیمار با استفاده از یک هدست AR عضو از دست رفته اش را می پوشد، آزمایش کرد. هر دو روش درمان در کاهش علائم و عود PLP مؤثر بوده اند. پس از 10 هفته درمان، بیمار کاهش شدید درد را گزارش داد و پس از اتمام دوره ی درمان علائم آن کاملا ناپدید شد.
همانطور که واقعیت مجازی در دنیای تکنولوژی پیشرفت می کند، برنامه های کاربردی خیره کننده ای در زمینه ی مراقبت های پزشکی ظاهر می شوند و پزشکی یکی از صنایعیست که سود زیادی از این پیشرفت به دست می آورد.

سم بوتولینوم، یکی از سمی ترین مواد بیولوژیکی شناخته شده، نوروتوکسینی است که توسط باکتری کلستریدیوم بوتولینوم تولید می شود.  با مسدود کردن انتقال‌دهنده عصبی اصلی در اتصال عصبی عضلانی، در انتقال عصبی اختلال ایجاد می‌کند و باعث فلج عضلانی می‌شود. ضعف ناشی از تزریق سم بوتولینوم A معمولاً حدود سه ماه طول می کشد. سموم بوتولینوم در حال حاضر نقش بسیار مهمی در مدیریت طیف گسترده ای از موارد پزشکی، به ویژه استرابیسم و ​​دیستونی کانونی، اسپاسم همی صورت، و اختلالات مختلف حرکتی اسپاستیک، سردرد، ترشح بیش از حد بزاق، هایپرهیدروزیس و برخی از شرایط مزمن ایفا می کنند که فقط تا حدی به پزشکی پاسخ می دهند. کاربردهای زیبایی که در کلینیک زیبایی استفاده می شود، شامل اصلاح خطوط، چین و چروک در سراسر صورت، چانه، گردن و سینه تا کاربردهای پوستی مانند هایپرهیدروزیس می باشد. تزریق سم بوتولینوم به طور کلی به خوبی تحمل می شود و عوارض جانبی آن کم است. دانش و درک دقیق آناتومی عملکردی عضلات تقلیدی برای استفاده صحیح از سموم بوتولینوم در عمل بالینی کاملاً ضروری است.

معرفی

سم بوتولینوم که “سم معجزه آسا” نیز نامیده می شود یکی از سمی ترین مواد بیولوژیکی شناخته شده است. این یک نوروتوکسین است که توسط باکتری کلستریدیوم بوتولینوم تولید می شود، میله ای بی هوازی، گرم مثبت و تشکیل دهنده هاگ که معمولاً در گیاهان، خاک، آب و مجرای روده حیوانات یافت می شود. اسکات رای اولین بار اثربخشی سم بوتولینوم نوع A را برای مدیریت استرابیسم در انسان نشان داد. متعاقبا، سم بوتولینوم برای درمان بسیاری از اختلالات اسپاستیک و بسیاری از شرایط دیگر تایید شده است. در حال حاضر، تقریباً در تمام زیر تخصص های پزشکی استفاده می شود. در سال 2002، FDA استفاده از Botox® (Botulinum Toxin-A) را برای اهداف زیبایی کاهش موقت خطوط اخم پیشانی گلابلار تأیید کرد.

نحوه عملکرد سم بوتولینوم

تجویز داخل عضلانی سم بوتولینوم در محل اتصال عصبی عضلانی عمل می کند و با مهار آزادسازی استیل کولین از نورون های حرکتی پیش سیناپسی باعث فلج عضلانی می شود. سموم بوتولینوم در چهار مکان مختلف در بدن عمل می کنند: اتصال عصبی عضلانی، گانگلیون های اتونوم، پایانه های عصبی پاراسمپاتیک پس گانگلیونی، و پایانه های عصبی سمپاتیک پس از عقده ای که استیل کولین را آزاد می کنند.ز نجیره سنگین (H) سم به طور انتخابی و برگشت ناپذیر به گیرنده‌های با میل ترکیبی بالا در سطح پیش‌سیناپسی نورون‌های کولینرژیک متصل می‌شود و کمپلکس گیرنده-سم توسط اندوسیتوز به داخل سلول می‌رود. پیوند دی سولفیدی بین دو زنجیره شکسته شده و سم به داخل سیتوپلاسم فرار می کند. اوج اثر فلج کننده چهار تا هفت روز پس از تزریق رخ می دهد. دوز تمام سموم بوتولینوم تجاری موجود بر حسب واحد فعالیت بیولوژیکی بیان می شود. این عملکرد را می توان با جوانه زدن پایانه های عصبی و تشکیل تماس های سیناپسی جدید بازیابی کرد، که معمولا دو تا سه ماه طول می کشد.

سم بوتولینوم با مهار انتقال نورون های حرکتی آلفا در محل اتصال عصبی عضلانی باعث ضعف عضلات مخطط می شود. این سم همچنین از آزاد شدن استیل کولین در تمام نورون های سمپاتیک پاراسمپاتیک و کولینرژیک پس گانگلیونی جلوگیری می کند. این امر علاقه به استفاده از آن را به عنوان درمانی برای عضلات صاف بیش فعال (مثلاً در آشالازی) یا فعالیت غیر طبیعی غدد (به عنوان مثال، هایپرهیدروزیس) ایجاد کرده است.

این سم به 24 تا 72 ساعت برای اثرگذاری نیاز دارد، که منعکس کننده زمان لازم برای ایجاد اختلال در روند سیناپتوزومی است. در شرایط بسیار نادر، برخی از افراد ممکن است به پنج روز نیاز داشته باشند تا اثر کامل مشاهده شود. در حدود 10 روز به اوج خود می رسد، اثر سم بوتولینوم نزدیک به 8-12 هفته باقی می ماند.

بوتاکس لوازم آرایشی

سم بوتولینوم نوع A (BOTOX®؛ Allergan، Irvine، Calif) اولین نوع تجاری موجود در ایالات متحده بود. ایمنی آن به خوبی تثبیت شده است. مشکل این است که هنگامی که محتویات یک ویال حل می شود، محصول بازسازی شده قدرت خود را از دست می دهد. بنابراین، متخصصان پوست تمایل دارند درمان را برای چندین بیمار در یک روز برنامه ریزی کنند تا بتوانند از کل محتویات ویال استفاده کنند. این برنامه ریزی ممکن است برای برخی از بیماران ناخوشایند باشد و موجب اتمام روند کار آن ها شود.