آندوسکوپي مجازي

نویسنده: مهندس سرور بهبهاني، مهندس محمد كريمي مريداني دانشجوي دكتري مهندسي پزشكي (بيوالكتريك)، دانشگاه آزاد اسلامي واحد علوم و تحقيقات

استفاده از روش هاي تصوير برداري غير تهاجمي مانند آندوسکوپي مجازي در سال هاي اخير بسيار مورد توجه قرار گرفته است. اين روش نسبت به روش هاي متداول آندوسکوپي از طرف بيماران بيشتر مورد توجه واقع شده و براي پزشکان قدرت عملکرد و کار ايي بيشتري ايجاد مي کند. غير تهاجمي بودن، قابليت تکرار، استفاده در آموزش، در معرض ديد قرار دادن نقاط دور از دسترس و حساسيت و دقت بالا از مزاياي انکار ناپذير اين روش است. هرچند عدم امکان انجام روش هاي درماني در صورت نياز، نارسايي هاي تکنيکي و عدم پذيرش فرهنگي نيز موانع موجود بر سر راه گسترش استفاده از اين تکنيک است. به هر حال بايد توجه داشت که آندوسکوپي مجازي بايد به عنوان يک روش تکميلي و براي افزايش کارايي آندوسکوپي معمولي تلقي شود. در  MRI و CT با استفاده از ابزارهاي گرافيکي يا آندوسکوپي مجازي با استفاده از تصاوير دو بعدي کامپيوتري، مدل سه بعدي از عضو مورد نظر ساخته مي شود که به طور کلي دو روش رندر کردن سطحي و حجمي را شامل مي شود. سپس با نرم افزارهاي گرافيکي مسير مورد نظر براي بررسي به يکي از سه روش دستي، نيمه خودکار يا خودکار تعيين و به جستجو در اين مدل ها پرداخته مي شود. اين نرم افزارها قابليت هاي متعدد و متنوعي ارائه مي دهند که در نتيجه آن حوزه ديد پزشک به طرز چشمگيري افزايش مي يابد. امکان استفاده از نماهاي مختلف در آندوسکوپي مجازي وجود دارد و تغيير کدورت مدل بسته به نياز کاربر ممکن است و همه اين ها به معني اين است که نسبت به يک آندوسکوپ معمولي، انعطاف پذيري بيشتري دارد. قابليت اندازه گيري ضايعات مشکوک براي پزشک بسيار ارزشمند است که در اين روش به خوبي پشتيباني مي شود. پيشرفت تکنيک هاي تصوير برداري و ابزارهاي گرافيکي، کليد پيشرفت تکنولوژي آندوسکوپي مجازي است. در حال حاضر بيشترين استفاده از اين روش، کولونوسکوپي و برونکوسکوپي است و استفاده از آن در ساير ارگان هاي بدن نيز رو به افزايش است.

براي رسيدن به يک تشخيص خوب هر چه اطلاعات کامل تري در مورد يافته هاي آناتوميک و پاتولوژيک بيمار وجود داشته باشد، مطلوب تر است. در پزشکي باليني، آزمايشات انجام شده با  وسايل تصويربرداري مختلف (MRI  يا  CT) تلاش مي کند که حداکثر تعادل را بين وضوح بالاي تصوير و زيان هاي وارده به بيمار برقرار کند. با پيشرفت هايي که اخيرا در زمينه تصوير برداري فضايي با وضوح بالا به دست آمده است (Multi-Detector CT) روش هاي خاص براي بررسي مجموعه هاي بزرگ داده ها بيش از هميشه مورد نياز است.
درروش هاي سنتي، يک راديولوژيست بايد مجموعه هاي بزرگي از داده ها را در تصاويري که برش به برش تهيه شده بود، تشخيص دهد. سپس در ذهنش اطلاعات نمونه برداري شده را به شکل سه بعدي دوباره سازي کرده و در مورد وضعيت سلامتي بيمار تصميم گيري کند. اين روند مستلزم اين است که راديولوژيست تجربه زياد و اطلاعات گسترده اي از آناتومي بدن انسان داشته باشد. براي ايجاد يک تصويرذهني کامل از ساختارهاي بيمار لازم است پزشک همه برش هاي در دسترس را در نظر بگيرد. واضح است که نگاه کردن به صدها برش براي يک بيمار روش بسيار وقت گيري است.
هرچند وسايل جديد تصويربرداري به طرز قابل قبولي اطلاعات کافي براي پيدا کردن ساختارهاي کوچک را فراهم مي کنند (که هنوز قابل درمان است) غيرممکن است که تشخيص به روش سنتي بتواند تشخيص ضايعات بسيار کوچک را امکان پذير کند. روش هاي تصوير سازي سه بعدي مي توانند با نمايش سه بعدي آناتومي بيمار از مجموعه برش هاي تصاوير اين مشکل را حل کنند.
Virtual Endoscopy   (آندوسکوپي مجازي) ادغام روش هاي تصوير برداري با حقيقت مجازي  (Virtual Reality) است. VE يک گزينه مبتني بر کامپيوتر به روش هاي تصوير برداري معمولي راديولوژي و آندوسکوپي فيبر اپتيک اضافه مي کند که بررسي ساختمان هاي داخلي ارگان هاي بدن امکان پذير شود. به موازات پيدايش تصوير برداري با رزولوشن بالاي سي تي اسپيرال، اين تکنيک در دهه گذشته به سرعت رشد يافته است. برخلاف روش هاي تصوير سازي معمولي پزشکي که به طور ،عمده بر تصويري کلي از يک ارگان و به ويژه به نماي خارجي تمرکز دارندVE  به نماي داخلي ارگان مي پردازد. برخلاف آندوسکوپي فيبر اپتيک معمولي که محدود به سطح داخلي ارگان ها ي توخالي است VEگشت و گذار بين لايه هاي مخاطي لايه داخلي و خارجي را ممکن مي کند. تشخيص با استفاده از VE  در زماني نه چندان دور به يکي از عرصه هاي پرقدرت در کارهاي باليني تبديل خواهد شد. بسياري از سازمان هاي مر تبط با سلامت و همچنين ارگان هايي که در زمينه سرطان کار مي کنند درحال بررسي مقايسه استفاده از کولونوسکوپي مجازي با کولونوسکوپي ويدئويي معمولي براي بيماريابي در مورد سرطان و پوليپ هاي روده بزرگ است. اگر اين روش موثر باشد، آندوسکوپي مجازي ساير قسمت هاي بدن نيز مورد مطالعه قرار خواهد گرفت. بيش از دو ميليون کولونوسکوپي ويديويي استاندارد هر ساله انجام مي شود که بيش 75% آن ها نرمال است و اغلب آن ها صرفا به منظور بيمار يابي انجام شده اند. VE روشي است که با استفاده از يک CT scan  يا  MRI استاندارد انجام مي شود و سپس ارگان مورد نظر در مدل سه بعدي دوباره سازي شده و سپس گردش در داخل لومن انجام مي شود. نمونه هاي متداول آن کولون، مري، معده، درخت تراکئو برونشيال(برونکوسکوپي)، مثانه، حالب و کليه ها(سيستوسکوپي) و پانکراس و مسيرهاي صفراوي است. از VE مي توان براي طراحي جراحي ها، آموزش و در معرض ديد قرار دادن ساختارهايي که با آندوسکوپ حقيقي قابل دسترسي نيست استفاده کرد. همه اين زمينه هاي ذکر شده در ارتباط با سيستم تصوير برداري به خصوصيات مشترکي نياز دارند که عبارتند از: دقت، تبادل فعال، تصوير سازي و زمان پيش پردازش کوتاه.

مزايايي VE
استفاده از اين روش تشخيصي در مقايسه با وارد کردن تجهيزات واقعي به بدن(آندوسکوپ ها) مزاياي زيادي دارد. اول، همه روش هاي آندوسکوپي روش هايي تهاجمي است و بيمار بايد درجاتي از بيهوشي دريافت کند و در خلال انجام مداخله تشخيصي بيمار در معرض عوارض زيادي قرار دارد مثل پارگي، خونريزي، عفونت و … . هزينه انجام يک آندوسکوپي قابل توجه است و شامل پرسنل، تجهيزات، مواد مصرفي، داروها و پرسنل اداري مي شود. در مقابل VE کاملا غير تهاجمي است و در نتيجه عارضه شناخته شده اي ندارد. هزينه واقعي آن (با درنظر گرفتن تجهيزات، داروها ، پرسنل و…) کمتر از يک سوم آندوسکوپي معمولي است چون در همان محل تصويربرداري انجام مي شود و مشابه همه وسايل تصويربرداري کار مي کند و به همان پرسنل نياز دارد و هيچ نوع مواد اضافه اي لازم ندارد. مزيت آندوسکوپي معمولي اين است که اگر ضايعه اي يافت شود مي توان اقدام درماني را انجام داد اما در VE  بايد هر ضايعه اي يافت شد براي اقدام بعدي به آندوسکوپي معمولي ارجاع شود.
VE  اين مزيت را دارد که مي توان زاويه اي به لومن نگاه کرد که در آندوسکوپي معمولي اين امکان وجود ندارد. مثلا در طي انجام کولونوسکوپي ممکن است پوليپ هاي کوچک در پشت چين هاي روده يا خم هاي کولون پنهان شده و ديده نشوند. همچنين در VE  مي توان به خارج از لومن حرکت کرد تا مشخص شود که آيا  تومور به بافت هاي اطراف يا گره هاي لنفاوي گسترش يافته است يا نه؟ به علاوه تصاوير مجازي مي توانند دستکاري شوند. مي توان ساختمان لوله اي را کاملا باز کرد و آن را روي يک سطح صاف مثل نقشه قرار داد و به جستجوي ناهنجاري ها پرداخت و همچنين اندازه گيري هاي با ارزشي قابل انجام است. مثلا در کولونوسکوپي مي توان با تعيين ضخامت ديواره، سرطان هاي در مراحل اوليه را تشخيص داد که معمولا در کولونوسکوپي معمولي تشخيص داده نمي شود. اين روش حساسيت و دقت تشخيص را بالا مي برد.
روش هاي VE مي تواند هرچند بار که نياز است انجام و تکرار شود و همچنين مي تواند براي آموزش دادن به بيمار در مورد بيماريش به کار رود. جستجو در داخل حفره ها و غيرازحفره ها امکان پذير است. مي توان با انتقال داده هاي توموگرافيک به نقاط مختلف دنيا با ديگران مشورت نمود.
کساني که از آندوسکوپي معمولي مي ترسند VE را بهتر مي پذيرند. VE  محدوديت هاي فيزيکال و فيزيولوژيکال آندوسکوپي معمولي را حذف مي کند و مي تواند ديد هاي مختلفي را که در آندوسکوپي معمولي امکان پذير نيست فراهم کند. اين امر مي تواند کارايي آندوسکوپي معمولي را افزايش دهد.   VE مي تواند براي اندازه گيري هاي آناتوميک مثل اندازه، فاصله، شکل و تراکم. به کار رود.
هدف از VE  اين نيست که جايگزين آندوسکوپي معمولي شود بلکه هدف قدرتمندتر کردن اين روش و افزايش در صد موفقيت با فراهم کردن يک وسيله ارزشمند جهت تشخيص، طراحي درمان هاي جراحي و تجزيه و تحليل است که مي تواند در آموزش پزشکي و مونيتورينگ بعد از جراحي ارزش زيادي داشته باشد. مطالعات باليني نشان داده است که VE مي تواند با توليد نماهايي که در يک آندوسکوپي معمولي قابل دستيابي نيستند براي طرح ريزي عمل جراحي مفيد واقع شوند و بنابراين مي تواند به عنوان يک روش تکميلي بيمار يابي و همچنين جهت آزمون هاي کنترلي براي مراقبت هاي بعدي از بيمار به کار رود.

محدوديت هاي VE
در حال حاضر محدوديت هاي زيادي براي کولونوسکوپي مجازي وجود دارد و بايد تحقيقات زيادي انجام شود تا به حداکثر توان خود برسد. از جمله اين محدوديت ها نگاشت حقيقي رنگ و قوام بافت ها است. يک قدم اوليه در اين راه توسط John Kerr برداشته شده است که در آن يک جدول جستجوي رنگ ايجاد شده که از مجموعه داده هاي (datasetes) تصويري انسان استفاده کرده، واحد ها ي هانسفيلد سي تي اسکن را با مقادير رنگ فوتوتوموگراف ها مقايسه مي کند. تصاوير اوليه که مدل کبد را به کار مي برند اميدوار کننده است اما به اندازه کافي دقيق نيستندکه براي تشخيص باليني مفيد باشند. همان طور که تلاش هاي اوليه براي تبديل فيلم هاي سينمايي سياه وسفيد منجر به تصاوير عالي امروزي شده است، لازم است پيشرفت هايي صورت گيرد تا بتواند رنگ و قوام لازم تصاوير اندوسکوپيک را فراهم کند. راه حل هايي در دست مطالعه است مانند پاک کننده هاي موثر دستگاه گوارش و يا نوشيدن مايعي که به مدفوع متصل شده و اين امکان را ايجاد کند که در هنگام بازسازي دوباره مجازي آن را به صورت ديجيتال تفريق نمود. در نهايت سطح رزولوشن تصوير امروزه  mm 3/0 براي سي تي اسکن هليکال است. اين اندازه معمولا براي ضايعات ظاهري (gross) کافي است. هرچند  بازسازي سه بعدي کامل اين دقت را فراهم نمي کند. براي ضايعات بزرگ تر از mm 3 ، قدرت تشخيص 75% است و اگر بزرگ تر از mm 5 باشد، قدرت تشخيص 75% دارد. اين ميزان در حال نزديک شدن به قدرت تشخيص کولونوسکوپي استاندارد است. هرچه وسايل تصوير برداري پيشرفت مي کند وضوح و در صد تشخيص هم بالاتر مي رود. شايد سيستم هاي نسل بعد وسايل تصوير برداري متعددي را به کار ببرند (سونوگرافي، MRI،… CT ) و سپس با پيوستن داده ها، اطلاعات بيشتري نسبت به آنچه از يک تصوير واحد به دست مي آيد فراهم شود. چالش هاي فراواني که در زمينه بخش بندي خودکار، تشخيص دقيق بافتي و پيوسته سازي داده ها وجود دارد فرصت هاي تحقيق نامحدودي را فراهم مي کند که مي تواند فوايد کوتاه مدت و دراز مدت براي کاربردهاي باليني داشته باشد. در ايجاد تصاوير سه بعدي براي اهداف تشخيصي مثل آندوسکوپي مجازي، مهم ترين و مشکل ترين مانع تکنيکي، بخش بندي خودکار ارگان ها و بافت ها به صورت real time است. موضوع استخراج دقيق رنگ و قوام از تصاوير به دست آمده فقط در مطالعات اوليه مطرح شده است. براي به دست آوردن يک وسيله تشخيصي خوب که همه هدف هاي استانداردهاي مورد نظر راديولوژيک را تامين کند بايد فناوري هاي تصوير برداري وضوح تصوير را به طرز چشمگيري افزايش دهند.
چالش هاي غير تکنيکي که بر سر راه اندازي محيط هاي مجازي وجود دارد آن هايي هستند که عليرغم وجود امکانات تکنيکي جلوي توسعه به کار گيري آن ها را مي گيرد. يک مساله مهم در به کار گيري چنين مجموعه هاي متنوعي از برنامه هاي کاربردي، استاندارد کردن است. تا به امروز هيچکدام ازسيستم هاي مختلف قابليت عمل متقابل را ندارند. تلاشي انجام شده که چنين اقدامي صورت بگيرد و فعلا بايد همه پروژه هاي سه بعدي سازي تصوير با مجموعه داده Visible Human همخواني داشته باشد.
اين امر استاندارد بودن را تضمين نمي کند هرچند مرجعي را براي شروع فراهم مي کند. به تدريج که سيستم ها پيشرفته تر مي شوند، گزينه هاي مربوط به امنيت و قابل اعتماد بودن، همچنين قابليت استفاده از سيستم ها مطرح مي شود. بخش وسايل پزشکي FDA نه تنها سيستم هاي مکانيکي را تحت ارزيابي دقيق قرار مي دهد بلکه برنامه هاي کامپيوتري کار با داده ها يا برنامه هاي کنترل وسايل الکترونيکي را نيز تحت نظارت دارد. وقتي يک وسيله يا برنامه براي استفاده تاييد شد، يک چالش بزرگ اين است که بتوان مصرف کنندگان را راضي کرد تا هزينه اين روش را بپرازند يا آن ها را متقاعد کرد که مبلغ بيشتري که مي پردازند به اين دليل است که وسيله پيشرفته تري براي آن ها به کار رفته است، مثلا جراحي به کمک کامپيوتر يا با راهنمايي تصوير انجام شده است. سازمان هاي بيمه در برابر به کارگيري يک روش جديد مقاومت مي کنند تا زماني که ثابت شود که هزينه هاي درماني را کم مي کند. از طرفي تعدادي از تکنولوژي هاي جديد به دليل نا آشنابودن، تعصبات سنتي يا غفلت از فوايد آن به راحتي توسط پزشکان و بيماران مورد قبول قرار نمي گيرد. فرار از هرچيز جديد و مقاومت در برابر تغيير هميشه وجود دارد. همان طورکه تقريبا يک نسل جديد ازراديولوژيست ها لازم بود تا تصاوير ديجيتالي جديد را به جاي راديولوژي برمبناي فيلم بپذيرند، ممکن است چند دهه طول بکشد تا تصوير سازي سه بعدي و آندوسکوپي مجازي پذيرفته شود. محدوديت هاي ديگري هم براي VE  وجود دارد ازجمله اين که هنوز لازم است بيماران با CT يا MRI اسکن شوند که روش هاي ارزاني نيست. به علاوه در عکسبرداري با سي تي بيمار اشعه دريافت مي کند و بيماراني که کلاستروفوبيا دارند يا قطعات فلزي در بدنشان وجود دارد نمي توانند  MRI را تحمل کنند. مهم تر اين که بخش بندي بافت نرم مشکل است و احتياج به الگوريتم هاي پردازش تصوير پيچيده دارد.
به طور خلاصه مزاياي VE  به طور واضحي بيش از مضرات آن است با وجود اين بايد اين امر در دنياي حقيقي اثبات شود.
تکنولوژي هاي به کار رفته در VE تقريبا همه جنبه هاي تصوير برداري پزشکي از اطلاعات تا پردازش و تصوير سازي همچنين تشخيص به کمک کامپيوتر و طرح هاي درماني را در بر مي گيرد. ادامه پيشرفت در تکنولوژي هاي وابسته به VE اثر زيادي بر کاربردهاي آن در پزشکي خواهد داشت.