Mehr Durchblick: was Mixed und Virtual Reality für die Chirurgie tun

Wenig ist für Chirurgen so wichtig wie gute Kenntnis und räumliche Vorstellung ihres Operationsgebietes. Selbst dreidimensionale Bildgebungsmethoden helfen jedoch nur eingeschränkt, denn diese Daten werden auf zweidimensionalen Bildschirmen betrachtet. Mixed und Virtual Reality schaffen in der Vorbereitung einer OP oder in der Lehre eine bessere, räumliche Vorstellung des menschlichen Körpers.

Bei Mixed oder Augmented Reality (MR/AR) werden mithilfe einer Brille computergenerierte Bilder in das Sichtfeld des Nutzers projiziert, sodass die Realität vermischt mit den digitalen Elementen gesehen wird. In der Virtual Reality (VR) sehen die Nutzer eine vollständig computergenerierte Welt, die sie als immersive 360°-Umgebung mit sich im Mittelpunkt erleben. Was ursprünglich aus der Unterhaltungselektronik kommt, wird heute für den handfesten Nutzen in der Medizin weiterentwickelt: Durch MR und VR erhalten Ärzte eine wesentlich bessere Vorstellung davon, wie das Innere des Körpers in drei Dimensionen aussieht.

Diese Anwendungen helfen bis jetzt vor allem der Chirurgie, etwa indem sie Chirurgen eine bessere Vorbereitung auf eine Operation ermöglichen. "Bei einem Hirntumor zum Beispiel gibt es verschiedene Wege, um Zugang zum Tumor zu erhalten, und Areale im Gehirn, die nicht verletzt werden dürfen", wie Dr. Dominik Fischer von Brainlab im Interview mit MEDICA.de erklärt. Um eine komplexe OP bei größtmöglicher Sicherheit für den Patienten zu planen, nutzen Chirurgen Bildgebungsdaten, die aber nur als zweidimensionale Bilder vorliegen. Daraus müssen sie im Kopf eine dreidimensionale Vorstellung des Operationsgebiets entwickeln. "Es ist sehr viel einfacher und illustrativer, die Anatomie in drei Dimensionen anzusehen", so Fischer weiter.

Um Chirurgen dabei zu unterstützen, bietet Brainlab in Partnerschaft mit Magic Leap den Mixed Reality Viewer an. Diese MR-Brille kann mit PACS-Datenbanken verbunden werden und aus MRT- oder CT-Daten dreidimensionale Modelle erstellen. Chirurgen können damit eine OP vorbereiten, in einem Multi-User-Mode komplexe Fälle mit Kollegen besprechen oder Patienten über die OP aufklären.

Der Nutzen von MR ist damit noch nicht ausgeschöpft: "Der nächste Schritt wird es sein, MR auch in den OP zu bringen", erklärt Fischer. Dabei wäre es denkbar, wichtige Daten direkt im Sichtfeld des OP-Teams darzustellen, das seine Aufmerksamkeit dann nicht mehr zwischen einem Bildschirm und seinen eigentlichen Aufgaben aufteilen müsste. Vorher gemachte Bildgebungsdaten könnten auch direkt über den Patientenkörper gelegt werden, damit der Chirurg sich besser orientieren kann.

Eine solche Anwendung für den intraoperativen Einsatz wird aktuell beim Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD im Projekt "sonAR" entwickelt. "Für uns steht vor allem das Thema der ultraschallgeführten, geschlossenen Biopsien im Vordergrund. Wenn eine Biopsie entnommen werden soll, kann mit dem AR-System das Ziel direkt dargestellt und anvisiert werden", erklärt Matthias Noll vom Fraunhofer IGD im Interview mit MEDICA.de. Damit soll dem Arzt die Navigation der Biopsienadel erleichtert werden, da er nicht mehr zwischen dem Patienten und dem Ultraschallbild hin- und herschauen muss.

Mit VR kann eine effektivere Lehre betrieben werden, indem die Chirurgie, ähnlich wie die Luftfahrt, einen praxisnahen Simulator nutzt. Simulatorpuppen oder -modelle, die durch verschiedene Materialien den Körper möglichst realistisch darstellen sollen, gibt es schon lange. Weniger verbreitet sind hingegen digitale Simulatoren, an denen entweder ein virtueller Fall am Bildschirm oder in einer immersiven Umgebung mit VR-Brille operiert wird.

Ein Beispiel für den ersten Fall sind die chirurgischen Simulatoren von VirtaMed. Das Schweizer Unternehmen ist auf arthroskopische Simulatoren spezialisiert. Diese kombinieren ein physisches Modell des jeweiligen Gelenks und darin eingesetzte endoskopische Instrumente mit spezifischen Aufgaben, die auf dem Bildschirm gelöst werden müssen. Das kann die Durchführung einer simulierten OP sein oder eine abstrahierte Aufgabe, in der der Umgang mit den Instrumenten trainiert wird, wie das Einfangen und Ablegen von über den Bildschirmen schwebenden Sternen mit einem Greifer.

VirtaMed hat im Frühjahr ein mobiles chirurgisches Simulationslabor vorgestellt, das in einem umgebauten Lieferwagen zu den Krankenhäusern kommt. Dieses Simulatortraining kann die echte OP zwar nicht vollständig ersetzen. Aber mit dem mobilen Labor kann auch während der Corona-Pandemie die Ausbildung von Ärzten aufrechterhalten werden, während gleichzeitig Kontakte zu Patienten im OP reduziert werden.

Bei komplexen Prozeduren kann das Training durch einen höheren Realitätsgrad intensiver gestaltet werden. Das Projekt "Dynamic HIPS" kombiniert eine immersive VR-Umgebung mit Instrumenten, über die der Nutzer auch ein haptisches Feedback erhält, um das Einsetzen einer Hüftendoprothese zu simulieren. Das heißt, Nachwuchschirurgen sehen den OP und den Patienten nicht nur vor sich, sie fühlen auch die einzelnen Operationsschritte. "Mit einem solchen Simulator können sie virtuell die Operation trainieren, bevor sie den Eingriff unter Supervision das erste Mal selbst durchführen – ganz ohne den Einsatz einer humanen Körperspende oder eines Tiermodells", wie Mario Lorenz im Interview mit MEDICA.de erklärt.

Unabhängig davon, ob es um die Kontaktvermeidung während der Corona-Pandemie oder um die Schonung von Ressourcen der Lehre geht, das virtuelle Simulatortraining hat eine große Stärke: Chirurgen können damit in der Ausbildung ihre Fähigkeiten verbessern, auch wenn gerade kein akuter Fall in ihrer Klinik behandelt wird. Sie werden direkter an die Eingriffe herangeführt und müssen nicht erst wiederholt eine OP beobachten, bevor sie selbst aktiv werden. Damit ist früher mehr Verständnis für den Ablauf vorhanden, während gleichzeitig eventuelle Hemmschwellen und Unsicherheit verringert werden.