Simülasyona Dayalı Cerrahi Eğitim Süreçlerinde Navigasyon Desteğinin Etkisinin Araştırılması Emre Tuner Nergiz Ercil Çağıltay Atılım Üniversitesi, Yazılım Müh. Bölümü, Atılım Üniversitesi, Yazılım Müh. Bölümü, İncek, Ankara İncek, Ankara tuneremre@gmail.com nergiz.cagiltay@atilim.edu.tr Damla Topallı Atılım Üniversitesi, Bilgisayar Müh. Bölümü, İncek, Ankara damla.topalli@atilim.edu.tr ÖZET Anahtar Kelimeler Kamerayı yerleştirme işlemi, endoskopik cerrahi Cerrahi eğitim için bilgisayar tabanlı simülasyon; işlemleri için geliştirilmesi zor, hata eğilimli becerilerden endoskopun yerleştirilmesi; navigasyon göstergesi geri birisidir. Bu yeteneklerin daha iyi bir şekilde bildirimi kazandırılması amacıyla bazı öğretim teknolojileri stratejilerinin geliştirilmesi önemlidir. Bu çalışmada, ABSTRACT navigasyon işaretçisinin cerrahi performans üzerindeki The camera placement process is one of the most error- etkisi araştırılmıştır. Bu amaçla, bilgisayara dayalı bir prone, difficult skill that need to be developed for cerrahi simülasyon senaryosunun iki versiyonu endoscopic surgical procedures. It is important to geliştirilmiştir. Bunlardan birisine navigasyon işaretçisi develop some instructional strategies in order to improve entegre edilmiş (NPI), diğerine ise navigasyon işaretçi these skills. In this study, the effect of the navigation entegre edilmemiştir (NPI olmayan). Cerrahi eğitim mark on the surgical performance was investigated. For sürecinde başlangıç aşaması olarak değerlendirilebilecek this purpose, two versions of a computer-based surgical olan 10 kişinin katılımı ile bu ortamda bir deneysel simulation scenario have been developed. One of these çalışma gerçekleştirilmiştir. Buna göre katılımcıların has the navigation marker integrated (NPI) and the other yarısı NPI diğer yarısı ise NPI-olmayan simülasyon navigation marker is not integrated (non-NPI). An ortamında görevleri yerine getirmişlerdir. Katılımcıların experimental study was conducted in this setting with 10 görevleri ne kadar sürede yerine getirdikleri, cihaz participations who could be considered as an beginner in (ameliyat aleti) ve kamera (endoskop) ile kat edilen the surgical training process. Accordingly, half of the mesafe, çarpma sayısı ve başarı verileri sistem tarafından participants have fulfilled the tasks in NPI and the other otomatik olarak toplanmıştır. Çalışma sonuçlarına göre, half in non-NPI simulation environment. The distance, navigasyon desteği ile gerçekleştirilen görevlerde (NPI), number of collisions with the environment and accuracy navigasyon desteği sunulmayan ortama göre başarının rate of the tasks and the distance travelled by the tool daha yüksek olduğu görülmektedir. Dolayısıyla (instrument) and the camera (endoscope) were navigasyon desteği katılımcıların başarısını olumlu automatically collected by the system. According to the olarak etkilemiştir. Başlangıç seviyesindeki kişilerin results of the study, it is seen that for the tasks performed öğrenmelerini kolaylaştırmak amacıyla navigasyon with navigation support (NPI), the participants’ desteği ile simülasyon ortamları hazırlanabilir. Bu durum performance is higher than that of the non-NPI supported öğrenme süreçlerini kısaltabilir. Ancak çalışmanın version. Therefore, navigation support positively sonuçları daha fazla katılımcı ile istatistiksel analizler affected the participants' performances. As a conclusion, yapılarak desteklenmelidir. Ayrıca farklı beceri computer-based simulation environments can be seviyelerindeki cerrahi eğitim alan kişiler ile de benzer prepared with navigation support to make it easier for çalışmalar yapılarak navigasyon desteğinin bu kişilerin beginners. This can shorten the process of learning. performansına olan etkisi araştırılmalıdır. However, the results of the study should be supported by more participants and statistical analyzes. In addition, the effects of navigation support on the performance of surgeons having higher surgecal skills also need to be evaluated. Keywords Computer-based simulation for surgical training; positioning endoscope; navigation pointer feedback GİRİŞ Günümüzde ileri cerrahi teknikler, cerrahların çeşitli yeteneklerini geliştirmelerini zorunlu kılmaktadır. Örneğin, minimal invaziv cerrahide, cerrahın derinlik algısı ve görüş alanı azaltılır ve bu prosedürlerin skalası oldukça küçük olduğu için, ekipleme işlemi ile aletlerle operasyonun yapılması bir zorluktur [1]. Buna ek olarak, kamerayı konumlandırma işlemi zor, hataya eğilimli ve kullanıcının dikkatini gerektiren bir işlemdir [2]. Şekil 1. NPI Sürümlü Senaryo Senaryonun ikinci versiyonunda ise, böyle bir destek Kamera üzerindeki yoğunlaşma ve kirlilik görüntüsü olmadan tekrar ameliyat bölgesine ulaşılarak görevin cerrahın ruh halini etkileyen bir sorundur [3]. Bu yerine getirilmesi gerekmektedir. nedenle, endoskopik cerrahi sırasında, kamera görüşünü düzenli olarak temizlemek için cerrah endoskobu operasyon alanının dışına çıkartarak, temizlemeli ve operasyon alanına tekrar yerleştirmelidir. Optimum görüş alanını garanti altına almak için, cerrah çoğu zaman endoskopun yerini sık sık gözden geçirmelidir [4]. Bu işlem ve endoskobun operasyon alanına yerleştirilmesi cerrahlar için zorlu görevlerdir. Çalışmalar aynı zamanda simülasyona dayalı laparoskopik cerrahi eğitiminin birçok yararı olduğunu bildirmektedir [5]. Destekleyici çalışmalara göre, destek ve hata önleme gibi kullanılabilirlik sorunları daha ayrıntılı olarak yeniden değerlendirildiğinde, bilgisayar tabanlı simülatörler ameliyat alanında daha etkili öğrenme ve eğitim aracı olabilir [6]. Şekil 2. NPI-Olmayan Sürümlü Senaryo Dolayısıyla bu çalışmada, cerrahların endoskop Katılımcılar bu görevleri, iki dokunsal cihazı, birisi kamerasını sürekli olareak temizleme pratiğini endoskobu, diğeri ise ameliyat aletini simüle edecek edinmeleri sürecinde, el becerilerini geliştirirlerken şekilde Şekil 3’de görüldüğü gibi kullanarak navigasyon desteği sağlanmasının öğrenmelerine olan gerçekleştirmektedirler. etkisi araştırılmıştır. YÖNTEM Navigasyon yol göstericisinin, endoskobun temizlenmesi ile ilgili becerilerin geliştirilmesine olan etkisinin araştırılması amacıyla, özellikle hipofiz beyin cerrahisine yönelik olarak geliştirilen bir burun modeli içinde, yerleştirilen 10 farklı cismin temizlenmesi amacıyla geliştirilen bir senaryoya navigasyon desteği sağlanmıştır. Şekil-1 den de görüldüğü gibi navigasyon desteği sağlanan senaryo ile görevler gerçekleştirildiğinde, endoskobun tekrar ameliyat bölgesinin bulunduğu noktaya erişimi sürecinde, Şekil- Şekil 3. Dokunsal Cihazlar 1’de sağ alt ksımda görülen ok desteği ile ne yöne Minimal invaziv cerrahideki uzmanlık ve beceri ilerlenmesi gerektiği konusunda bir yönlendirme seviyeleri, alana özgü herhangi bir bilgi sahibi olanlar yapılmıştır. Katılımcılar 10 farklı görev için, her bir için 'başlangıç' olarak kategorize edilmiştir [7]. Bu nesne temizlenirken kirlenen endoskop kamerasını tanıma dayanarak, bu çalışma, cerrahi süreçlere sürekli olarak dışarıya çıkararak temizlemek durumunda başlangıç seviyesinde olarak kabul edilebilecek olan kalmaktadır. bilgisayar, yazılım ve bilişim sistemleri mühendisliği bölümlerindeki öğrenciler ile gerçekleştirilmiştir. olarak, başarı durumuna bakıldığında NPI grubunun Çalışma 10 katılımcı ile gerçekleştirilmiştir. Katılımcılar (Ort.= 0.84) NPI olmayan gruba göre (Ort. = 0.74) hakkında ayrıntılı bilgi Tablo 1'de verilmektedir. görevi tamamlama başarılarının daha yüksek olduğu görülmektedir. Tablo 1. Katılımcılar Bölüm TARTIŞMA VE SONUÇ Bilgisayar Müh. 3 Yapılan bu çalışmadaki betimsel sonuçlara göre NPI Yazılım Müh. 4 grubu, NPI olmayan gruba göre senaryodaki görevleri daha hızlı, ameliyat aleti ve kamera ile daha az yol Bilişim Sist. 3 katederek, ortama daha az temas ederek, daha başarılı bir Müh. TOPLAM 10 şekilde tamamlamışlardır. Bu bulgular ışığında, cerrahların endoskop kamerasını sürekli olarak Deneysel çalışma sırasında katılımcılar deneye katılım temizleme pratiğini edinmeleri sürecinde, el becerilerini sıralarına göre rastgele navigasyon işaretçisi entegre geliştirirlerken navigasyon desteği sağlanmasının edilmiş (NPI) ve navigasyon işaretçi entegre edilmemiş öğrenmelerine olumlu etkisi olabileceği (NPI olmayan) versiyonlar üzerinde verilen görevleri düşünülmektedir. gerçekleştirmişlerdir. Bu görevleri gerçekleştirme süreleri, kamera ve ameliyat aleti görevlerindeki Teşekkür dokunsal cihazlar ile aldıkları yol, cisimlerin Bu çalışma Endoskopik Cerrahi Eğitim projesi (ECE: temizlenmesi sırasında ortama temas etme (çarpma) Tubitak 1001, Proje No: 112K287) kapsamında kurulan sayıları ve başarı durumları ile ilgili performans verileri Atılım Üniversitesi SIMLAB laboratuvarında sistem aracılığıyla kaydedilmiştir. gerçekleştirilmiştir. Yazarlar, bu araştırmayı gerçekleştirmek için verdiği destekten dolayı TÜBİTAK BULGULAR 1001 programına teşekkür ederler. Navigasyon işaretçisinin cerrahi performans üzerindeki etkisini anlamak için iki grup arasındaki (NPI ve NPI KAYNAKÇA olmayan) performans farkını anlamak üzere elde edilen veriler Tablo 2’de sunulmuştur. Çalışmanın bir ön- [1] Burschka, D., Corso, J. J., Dewan, M., Lau, W., Li, çalışma niteliği nedeniyle ve kısıtlı katılımcı sayısından M., Lin, H., ... & Larkin, D. (2005). Navigating inner dolayı, elde edilen veriler betimsel analiz yöntemi space: 3-d assistance for minimally invasive kullanılarak analiz edilmiştir. surgery. Robotics and Autonomous Systems, 52(1), 5-26. [2] Pandya, A., Reisner, L. A., King, B., Lucas, N., Tablo 2.’de görüldüğü üzere, verilen görevleri Composto, A., Klein, M., & Ellis, R. D. (2014). A tamamlama sürelerine bakıldığında, NPI grup (Ort.= review of camera viewpoint automation in robotic and 79.59), NPI olmayan (Ort.= 121.22) gruba göre görevleri laparoscopic surgery. Robotics, 3(3), 310-329. daha hızlı tamamlamıştır. [3] Theeuwes, H., Zengerink, H., & Mannaerts, G. NPI grubun (Ort.=564) ameliyat aleti görevindeki (2011). Easy cleaning of the camera port during dokunsal cihaz ile aldığı yol NPI olmayan gruba (Ort.= laparoscopic surgery: three practical techniques. Journal 1176) göre daha kısadır. of Laparoendoscopic & Advanced Surgical Techniques, 21(9), 821-822. [4] Staub, C., Can, S., Jensen, B., Knoll, A., & Tablo 2. NPI ve NPI-Olmayan Grupların Perfomansı Kohlbecher, S. (2012, June). Human-computer interfaces Senaryo for interaction with surgical tools in robotic surgery. In Biomedical Robotics and Biomechatronics (BioRob), NPI NPI- 2012 4th IEEE RAS & EMBS International Conference Olmayan on (pp. 81-86). IEEE. [5] Zendejas, B., Brydges, R., Hamstra, S. J., & Cook, D. Süre 79.59 121.22 A. (2013). State of the evidence on simulation-based Cihazın aldığı yol 564 1176 training for laparoscopic surgery: a systematic review. Annals of surgery, 257(4), 586-593. Kameranın aldığı yol 497 686 [6] Silvennoinen, M., & Kuparinen, L. (2009, June). Usability challenges in surgical simulator training. Çarpma Sayısı 0.84 1.18 In Information Technology Interfaces, 2009. ITI'09. Başarı 0.84 0.74 Proceedings of the ITI 2009 31st International Conference on (pp. 455-460). IEEE. [7] Silvennoinen, M., Mecklin, J. P., Saariluoma, P., & Benzer şekilde NPI grubunun (Ort.= 497) kamera Antikainen, T. (2009). Expertise and skill in minimally görevindeki dokunsal cihaz ile aldığı yol NPI olmayan invasive surgery. Scandinavian Journal of Surgery, gruba (Ort.= 686) göre daha kısadır. NPI grubu (Ort. 98(4), 209-213. =0.84) için çarpma sayısı NPI olmayan gruba (Ort. =1.18) göre daha düşüktür. Bu sonuçlar ile paralel ÖZGEÇMİŞLER Doç. Dr. Nergiz Ercil Çağıltay ODTÜ Matematik Bölümü’nden 1988 yılında mezun Emre Tuner olduktan sonra aynı üniversitenin Bilgisayar Mühendisliği Bölümü’nden Yüksek Lisans çalışmasını Atılım Üniversitesi Yazılım tamamlayarak, Yüksek Bilgisayar Mühendisi derecesini Mühendisliği Bölümü’nden 2013 aldı. Daha sonra, ODTÜ Bilgisayar ve Öğretim yılında mezun olmuştur. Şu anda Teknolojileri Eğitimi Bölümü’nde doktora çalışmasını aynı bölümde yüksek lisans tamamladı. Türkiye'de çeşitli özel sektör ve devlet eğitimine devam etmektedir. 2009 kurumlarında yazılım mühendisi ve grup yöneticisi yılından beri yazılım sektöründe olarak çalıştıktan sonra, 1998- faaliyet gösteren şirketlerde 2002 yılları arasında A.B.D. yazılım mühendisi olarak Indiana Üniversitesi Digital çalışmakta olup, Şubat 2015 Library Program biriminde tarihinden beri Sebit’te görev yapmaktadır. Cerrahi çalıştı. Kendisi halen Atılım Eğitim için Simulasyon geliştirme üzerine çeşitli Üniversitesi Yazılım projelerde görev yapmıştur ve bu alandaki Mühendisliği Bölümü’nde araştırmalarına devam etmektedir. öğretim üyesi olarak Damla Topallı çalışmalarına devam etmektedir. İş Zekâsı ve Veri Ambarı Sistemleri, Bilgisayar Mühendisliği bölümünden 2009 yılında Veritabanı Sistemleri, Scratch ile Programlamayı Lisans ve 2013 yılında Yüksek Öğreniyorum, C Dersi: Programlamaya Giriş gibi birçok Lisans eğitimini sırasıyla Başkent Türkçe ders kitabı hazırlamış olan Çağıltay, öğretim ve Atılım Üniversitesi’nde teknolojileri ve tıp bilişimi alanlarında araştırmalar tamamlamıştır. Ekim 2010 yılından yapmakta ve projeler yürütmektedir. Çağıltay ayrıca beri Atılım Üniversitesi Bilgisayar 1971 yılından beri faaliyet göstermekte olan Türkiye Mühendisliği Bölümü Araştırma Bilişim Derneği (TBD) Ankara Şubesi Yönetim Kurulu Görevlisi olarak görev yapmaktadır. üyeliği görevini sürdürmektedir. Nergiz Çağıltay ile ilgili Halen Atılım Üniversitesi Yazılım detaylı bilgiye www.atilim.edu.tr/~nergiz.cagiltay Mühendisliği Bölümü'nde doktora adresinden ulaşılabilir. çalışmalarını sürdürmektedir. Yazılım mühendisliği, veri madenciliği ve tıp bilişimi alanlarında araştırmalar yapmaktadır.