Akıllı endoskopik kapsül robotlara biyopsi yaptıracak araştırmacı Boğaziçi’nde!

TÜBİTAK 2232 Uluslararası Lider Araştırmacılar Programı ile Boğaziçi Üniversitesi’nde araştırmalarını sürdürme kararı alan Türk bilim insanı Dr. Mehmet Turan, “Magnetically Actuated Al-Powered Endoscopic Capsule Robot for Targeted Drug Delivery and Multiple Biopsy Operations” başlıklı araştırma projesine start verdi. Projenin hedefi, mide, ince bağırsak ve kalın bağırsak gibi ulaşılması zor organlarda akıllı kapsül robotlar kullanılarak sorunların ve hastalıkların teşhisini çok daha erken ve kolay bir şekilde gerçekleştirebilen, istenen yerlere ilaç enjekte edip biyopsi yapabilen akıllı robotları hayata geçirmek…

Boğaziçi Üniversitesi Biyomedikal Mühendisliği Bölümü’ne katılan Dr. Mehmet Turan, Alman Lisesi’ndeki eğitimi sonrasında bütünleşmiş lisans-yüksek lisans eğitimini Almanya’nın en prestijli mühendislik üniversitelerinden biri olan RWTH Aachen Üniversitesi’nde 2012 yılında tamamladı. 2013-2014 yılları arasında University of California Los Angeles’da (UCLA) araştırmacı olarak görev alan Turan, 2014-2018 yılları arasında ETH Zurich ve Max Planck Enstitüsü arasında açılan ortak doktora programı kapsamında yapay zekâ ve tıbbi robotlar alanında doktorasını yaptı. 2018-2019 yılları arasında Max Planck Enstitüsü Akıllı Sistemler Bölümü’nde doktora sonrası çalışmalarını sürdürdü. Doktorası sırasında ve sonrasında Max Planck Enstitüsü Akıllı Sistemler Direktörü ve aynı zamanda Boğaziçi Üniversitesi mezunu olan Prof. Metin Sitti ile birlikte çalışma fırsatı bulan Dr. Mehmet Turan, “Magnetically Actuated Al-Powered Endoscopic Capsule Robot for Targeted Drug Delivery and Multiple Biopsy Operations” başlıklı projesi kapsamında sindirim sistemi organlarında görüntüleme, ilaç enjektesi, biyopsi ve hatta ameliyatlarda kullanılmak üzere yapay zekâ temelli hassas medikal robotlar geliştirmeye çalışıyor.

Dr. Mehmet Turan TÜBİTAK 2232 programı kapsamında üç sene sürmesi beklenen yeni projesinin hedefini ‘’Yapay zekâdaki son yıllardaki heyecan verici algoritmik gelişmeleri endoskopik kapsül robotların donanımsal düzeneği ve mekatronik tasarımlarında yapmayı planladığı yeniliklerle birleştirerek yeni nesil kapsül robotları geliştirmek’’ olarak özetliyor.

Sizi tanıyabilir miyiz ve Boğaziçi’ne geliş hikâyenizi dinleyebilir miyiz?

1996-2004 arası Alman Lisesinde okudum. Liseyi bitirdikten sonra Abitur programında elde ettiğim başarı üzerine Alman Hükümetinin verdiği burs desteği ile Aachen Üniversitesi'nde okudum ve orada lisans-yüksek lisans entegre bir mühendislik sisteminden mezun oldum. Daha sonra UCLA’da bir sene bulundum, Aydoğan Özcan hoca ile makine öğrenmesi yardımıyla hastalıkların teşhisinin daha hassas ve kolay hale getirilmesi konusunda çalışmalar yaptık. 2014’te Max Planck Ensititüsü’nde doktoraya başladım. Avrupa’nın en önemli teknik üniversitelerinden biri olan ETH Zürich ile Max Planck Enstitüsü Center for Learning Systems adlı bir merkez kurmuştu. O merkeze dahil oldum ve böylece ETH Zürich’te doktora yapma şansı elde ettim. Bir yandan Max Planck Enstitüsünde araştırmalarımı yürütürken diğer yandan ETH Zurich’de doktoramı yapıyordum. İsvicre ile Almanya arasında gidip gelmeler biraz yorucu olsa da, Avrupanın en prestijli iki bilim kurumunun ders ve laboratuvarlarından istifade etmek benim için çok özel bir olanak olmuştu. Max Planck Enstitüsü bilime çok değer veren, Alman hükümeti tarafından çok önemli yatırımlar yapılan, ülkenin göz bebeği konumundaki bir kurum. Çok büyük bütçelerle araştırmalar yapıyorlar. ETH Zurich de aynı şekilde İsviçre’nin gözbebeği bir üniversite.

Doktoramı bitirdikten sonra, Max Planck Enstitüsünde post-doktora yaparken, artık Türkiye’ye dönme zamanının geldiğini hissetmeye başlamıştım. Tam bu dönemde kendisi de Boğaziçili olan Sanayi ve Teknoloji Bakan Yardımcısı Fatih Kaçır Bey bana bir görüşmemiz esnasında bu sene açmayı planladıkları 2232 uluslararası lider araştırmacılar programından bahsetti ve başvuru yapmayı düşünüp düşünmeyeceğimi sordu. Programın hem kişisel bazda, hem araştırma ekipmanı ve öğrenci bursları bazında bize vermeyi taahhüt ettiği maddi olanaklar ülkeme dönme sürecinde katalizör etkisi yaptı. Ayrıca bu tür bir davet üzerine gelmek, her şeyi daha anlamlı kılar diye düşündüm. Programa başvurdum ve önerdiğim proje kabul edildi. Böylece Ağustos 2019 itibariyle Boğaziçi Üniversitesi’nde çalışmaya başladım.

‘’Magnetically Actuated Al-Powered Endoscopic Capsule Robot for Targeted Drug Delivery and Multiple Biopsy Operations” başlıklı projeyi nasıl geliştirdiniz, nasıl bir altyapı ile hazırlandınız bu projeye?

Bu aslında doktora projemin devamı niteliğinde olan bir çalışma. Doktora eğitimimde uzun yıllar endoskopik kapsül robotlar üzerine çalıştım. Bu robotlar hasta tarafından yutulabilir kapsül özelliğinde robotlar. Mekanizma şöyle çalışıyor; hasta kapsül robotu yutuyor. Robot hastanın mide veya bağırsağına yani iç organlarına iniyor. Bu esnada hekim kapsül robotun hastanın iç organlarındaki hareketini elindeki kontrol çubuğu ile yönetebiliyor. Hastanın yattığı yatağın altında ise manyetik alan oluşturan bir bobin sistemi var. Üst tarafta da manyetik alandaki değişimleri algılayan ve robotun beden içindeki hareketlerini gösteren sensörler var. Robot hareket ettiğinde sensör sistemi robotun hareketlerinin yönünü saptıyor. Hekim hareket komutu verdiğinde bilgisayardaki kontroler, bir yandan sensörlerden konum bilgisi alırken, diğer taraftan kapsülün istenen hareketi yapması için bobinlere hangi akımların verilmesini gerektiğini saptıyor.

Mesela oradaki en son çalışmamda, bir sinir ağı kullanarak robotun kontrol edilebilmesini kendi kendine öğrenen ve böylece komplex matematiksel modellemeler yapmaya lüzum bırakmayan bir pekiştirmeli öğrenme çalışmamız oldu. Yine bu projeye altyapı oluşturan diğer çalışmalarımdan bahsetmek gerekirse; robotun ucundaki bir kamera yardımıyla hastanın bedeninden görüntüler alırken iç organların üç boyutlu haritasını gerçek zamanlı ve adım adım çıkaran bir algoritma geliştirdik. Bu saniyede 5-10 defa kendini yenileyebilen ve incelenen organdaki deformasyonları da dikkate alan üç boyutlu bir haritalama metodu. Bu tür bir harita doktorun hem teşhis kabiliyetini artırıyor, hem de operasyon sırasında robotu henüz gitmediği alanlara yönlendirmesini sağlıyor. Aynı zamanda biyopsi veya ilaç bırakma işlemi yapması gerektiğinde, içeride herhangi bir alanın atlanmamasını ve hasta organların / bölgelerin tam randımanlı gözlemlenmesini sağlıyor. Endoskopik kapsül robotun avantajları neler ve bu yönüyle sizin projenizi farklı kılan özellikler neler olacak? Normal endoskopi çok kalın bir boru vasıtasıyla yapılıyor ve hastaya işlem sırasında oldukça acı veriyor. Dolayısıyla hastanın anesteziyle uyuşturulması gerekiyor.

2002’ de bir İsrail firması yutulabilen küçük bir kapsül endoskop yapmıştı. Bu cihaz dışarıdan herhangi bir müdahale olmaksızın sekiz saat boyunca vücut içerisinde peristaltik organ hareketleri sayesinde düzensiz bir şekilde ilerliyor ve hareket ederken çekimler yapıyor. Ancak bu sistemdeki handikaplardan biri cihazın hareketlerinin doktor tarafından kontrol edilememesi. Bu sebeple hastalıklı bölgeler çekime dâhil olamadan atlanabiliyor. Bu bakımdan hassas bir kontrol mekanizması eşliğinde hareket ettirilebilen bir robot çok önemli. Ayrıca, şu an hastanelerde kullanılan kapsül endoskop örneklerinde mide, kalın bağırsak ve ince bağırsak için ayrı ayrı kapsüller gerekiyor. Bizim sistemimizde ise mide, kalın bağırsak ve ince bağırsak olmak üzere üç organı aynı anda tek kapsül robotla görüntüleyebiliyorsunuz. Bunun bir sebebi kapsülün ışığının cılız kaldığı geniş hacimli yerlerde, kontrol mekanizmasını kullanarak robotu organ duvarına yaklaştırabiliyor olmanız. Tabii robotik kapsülün standart kapsüle kıyasla başka avantajları da var, mesela biyopsi ve ilaç enjektesi gibi tıbbi müdahaleleri de mümkün kılıyor. Hâlihazırda kullanılan sistemlerde aktif kontrol olmadığı için bu tür karmaşık müdahaleler yapmak imkânsız. Bu da kapsülün sadece bir görüntüleme aracı olarak kalmasına sebep oluyor ve hastanelerde kullanım alanını çok sınırlandırıyor.

Sizin geliştireceğiniz mekanizma ne açıdan avantajlı olacak biraz daha açabilir miyiz?

2232 projemizde hedefimiz multi-site biyopsi dediğimiz şu an literatürde henüz yapılamamış olan kapsül endoskopi sırasında bir defadan fazla ve farklı yerlerden biyopsi almayı başarmak olacak. Bir kapsül içerisinde 4-5 iğne olacak. Patentini almayı planladığımız bir mekanizma kullanarak birden çok biyopsi aynı operasyon içinde mümkün olacak. Ek olarak, kapsülün beden içindeki hareketi konusunda iki farklı önerimiz var; ilk öneride kapsül tam otonom olarak yapay zekânın devreye girmesiyle ilerleyecek. Diğerinde ise doktor kontrol çubuğu ile kapsülü yönlendirecek. Diğer yandan biyopsi gibi operasyonlarda çok hassas kontrol mekanizmalarına ihtiyaç duyuluyor ve literatürdeki kapsül robotlar henüz bu hassaslıkta değiller. Projedeki bir hedefimizde submilimetrik hassasiyetlerle ilerleyebilen bir robot elde edebilmek. Bu hem donanımsal hem yazılımsal açıdan hâlihazırdaki sistemlerin çok daha ilerisine gitmenizi gerektiriyor. Bilimin motive edici yanı da bu olsa gerek. Daha önce başarılamamış olanları başarmak.

Son yılların çokça tartışılan bir sorusunu size yöneltmek isteriz. Bir süre sonra tüm bu gelişmeler sonucunda hekimlerin işini yapay zekâ mı yapıyor olacak?

Sağlıkta yapay zekâ konusunda işlerin ne kadarını makineye bırakacağız, ne kadarını doktora bırakacağız sorusu her zaman gündemde olan bir soru. En başta hasta adına ortaya çıkabilecek riskler açısından bu soru çok önemli. Bu noktada makinalara güvenmemek insanoğlunun biraz da doğasında var zaten. Bu bağlamda insan sağlığı söz konusu olduğunda doktorlar bence her zaman var olacak ve yapay zekâ doktorların yerini almak yerine, onların işlerini büyük ölçüde kolaylaştıracak. Mesela doktorlar derin öğrenme yöntemini kullanarak daha önceden yapamadıkları kadar erken teşhisler yapabilecekler, pekiştirmeli öğrenme tekniğini kullanarak hastanın geçmiş verilerini ve ailesindeki bireylerin geçirdikleri hastalıkları yorumlayıp, o hasta için en ideal tedavi yöntemini ve ilaçları seçebilecekler, yeni ilaç ve tedavi yöntemleri bulacaklar, kişi için en ideal besinleri saptayıp, kişiye özel diyet programları, spor çeşitleri önerebilecekler. Bu örnekleri çoğaltmak mümkün. Bu bağlamda yapay zekânın doktorların mesleğini ellerinden alacağını iddia edenlere pek katılmıyorum, bence tam tersine yapay zekâ ve doktorlar el ele çok daha etkin ve güçlü sağlık hizmetlerini gelecek nesillere mümkün kılacaklar ve belki de ortalama insan ömrünü günümüzdeki rakamların çok ilerilerine götürecekler.

Yurtdışı tecrübelerinize dayanarak yapay zekâ alanında Türkiye’deki çalışmaları nasıl görüyorsunuz?

Ülkemizde sanayiye çabuk entegre edilebilecek, kısa vadede geri dönüşü olan katma değerli teknolojilerin geliştirilmesi adına, özellikle sağlık ve savunma sanayii alanlarında çok önemli destekler var. Yapay zekâ konusunda da toplumun her kesiminden insanların çok heyecanlı ve ilgili olduklarını görüyorum. Kilit konumdaki kurumlar, -TÜBİTAK ve Teknoloji ve Sanayi Bakanlığı gibi-, yapay zekâ için önümüzdeki yıllar adına çok önemli bütçeler ayırdılar. Bunlar çok sevindirici gelişmeler. Biz de hâlihazırda, Cumhurbaşkanlığı Dijital Dönüşüm Ofisi ve Sağlık Bakanlığı ile ortak yürüttüğümüz büyük ölçekli bir sağlık projesinde beyin tümörlerinin çok daha erken teşhisini mümkün kılacak algoritmaların geliştirilmesine öncülük edecek çok büyük bir veri kümesi oluşturuyoruz. Hatta kişinin yaşam kalitesi, beslenme alışkanlıkları ve ailesindeki bireylerin hastalık geçmişlerini inceleyip henüz hastalık ortaya çıkmadan uyarılar verip, hastayı bilinçlendirmeyi başarabilecek kritik teknolojiler üzerinde çalışıyoruz. Bir milyon hastadan elde edeceğimiz etiketli beyin MR görüntüleri hem ülkemiz hem de tüm dünyada ilgili alanlarda yapılacak bilimsel çalışmalara büyük ivme kazandıracaktır.

Türkiye’ye dönüş kararınızdan memnun musunuz?

TÜBİTAK’ın 2232 programını çok önemli buluyorum. Ülkemizde bilim insanlarına hatırı sayılı bir bütçe verilmesi, bilime ve bilim insanına değer verildiğini hissettiriyor ve ülkeye dönme kararımızda da etkili oluyor. Kişisel bazda dönüşümün Boğaziçi Üniversitesi gibi Türkiye’nin en saygın yükseköğretim kurumlarından birisine olmuş olması da ayrıca mutluluk verici. Burada gerçekten mükemmel bir araştırma ortamı var. Öğrencilerimiz sürekli kendini geliştirme çabasındalar, hepsi önemlin hedefleri olan bireyler ve verdiğimiz derslere, çalıştığımız projelere çok ilgililer. Son olarak Biyomedikal Mühendisliği’nde olmak da benim için ayrıca büyük bir avantaj teşkil ediyor zira burada ders yükü fakültelere oranla daha az olduğu için araştırmalarıma daha çok vakit ayırabiliyorum.

Share