Technologien der virtuellen und erweiterten Realität haben großes Potenzial, zu Ausbildung medizinischer Fachkräfte eingesetzt zu werden.
Inzwischen lässt sich belegen, dass AR-/VR-Anwendungen im Vergleich mit Lehrbüchern oder Online-Lernmodulen mehr Lernerfolg versprechen.
Zurückzuführen ist dies auf durch ein höheres Maß an aktiver Beteiligung und die verstärkte soziale, umweltbezogene und persönliche Präsenz innerhalb der Lernaktivität.
Lernmotivation erhöhen, Praxiserfahrung ausbauen
AR-/VR-Anwendungen bieten Studenten der Radiologie die Möglichkeit, mittels App die Positionierung eines Patienten, das Aufstellen des Röntgengeräts oder etwa die strahlungsfreie Aufnahme von Bildern zu üben. Bildquelle: thechannels.org
Frühe Studien zu AR-/VR-Anwendungen haben Verbesserungen bei der Lernmotivation der Studenten, der Interaktivität und beim Erlernen des Materials zeigen können. Es wurde schnell angenommen, dass der AR-basierte Lernerfolg in der Ausbildung mit der sehr neuartigen Erfahrung der Interaktion zusammenhängt – doch ist kaum zu bezweifeln, dass auch die den Medien immanenten Eigenschaften der Immersion den Wissenstransfer begünstigen.
Im Bereich der Radiologie kann AR für wichtige anatomische Studien eingesetzt werden, beispielsweise zum besseren Verständnis des Innenohr-Aufbaus anhand der Konvertierung von DICOM-Bildern in 3D-Objektdateien.
Schon 1996 thematisierte das Journal of Vascular and Interventional Radiology die Entwicklung eines interaktiven VR-Simulators für die Interventionsradiologie. Diese frühen VR-Systeme kombinierten bereits digitale medizinische Bilder (die damals auf Kathodenstrahlröhrenmonitore projiziert wurden) mit externen Geräten auf Basis von Haptik-Feedback.
Mit Blick auf AR-/VR-Anwendungen gibt es inzwischen natürlich technologisch große Fortschritte und die virtuelle Bildgebung, im Verbund mit haptischem (Force-)Feedback und immersiven Erfahrungsebenen, ist in der Lage, derartige Lernprozesse für Beteiligte noch aktiver und eingängiger zu gestalten.
Daher werden radiologische Bildgebungsverfahren unter VR auch erfolgreich an verschiedenen Universitäten eingesetzt.
Mit der AR-Anwendung bzw. unter Anwendung eines Mixed-Reality-Headsets werden 2D-CT-Scans mit physiologisch/anatomisch relevanten Bereichen in 3D kombiniert: Die App visualisiert CT-Scans auf einer virtuellen Ebene, die das 3D-Modell an exakt derselben Stelle schneidet, an der das CT-Bild aufgenommen wurde. Bildquelle: centre4innovation.org
Zum Beispiel gibt es interaktiv Vorlesungen, bei denen die Studenten mit Hilfe von stereoskopischen Bildschirmen, die an ihre Smartphones angeschlossen sind, die Suiten für interventionelle Radiologie-Verfahren betrachten können. In solchen Vorlesungen wird ein medizinischer Fall vorgestellt und den Medizinstudenten Fragen zu Diagnose, Indikationen und Kontraindikationen, Art der diagnostischen Erhebung oder Art einer möglichen Sedierung gestellt.
Die Studierenden scannen zunächst einen QR-Code und werden dann zu einer virtuellen Radiologie-Suite weitergeleitet, wo sie sich umsehen und die für den jeweiligen Fall zu verwendenden Geräte auswählen können.
Als Basis für die Aufgaben dienen z.B. 360-Grad-Inhalte von Radiologie-Suiten, die den Studenten in stereoskopischer Form zur Verfügung gestellt werden.
Ein wichtiger Bestandteil der Ausbildung ist die Vermittlung von Kenntnissen über die verschiedenen Instrumentarien. Aufgrund der hohen Kosten dieser Geräte sind sie jedoch außerhalb des klinischen Einsatzes nicht ohne Weiteres verfügbar – an und mit ihnen lernen ist sehr teuer, denkt man z.B. an die Erstellung von CT-Bildern.
Mit 3D-Scansoftwares einer Smartphone-Anwendung können 3D-Objekte kostengünstig gescannt und in AR-Szenarien integriert oder auf 3D-Druckern zum Anfassen und Manipulieren ausgedruckt werden.
Manchmal ist es jedoch nicht der Kontakt mit der Umgebung oder den Geräten, sondern die Überprüfung der spezifischen Schritte eines Verfahrens, die für die angemessene Planung eines Eingriffs entscheidend sein können. Auch hierfür gibt es Smartphone-Apps, die jeden einzelnen Schritt bei der Durchführung eines Eingriffs begleiten – etwa bei Eingriffen wie der Legung eines zentralen Venenkatheters.
“An important use of VR and AR in medical imaging is to supplement radiology training (…) immersing the learner into a virtual world is associated with a higher level of active learner participation, owing to increased social, environmental and personal presence within the learning activity.”
Raul N. Uppot MD, Department of Radiology, Massachusetts General Hospital in Boston
Bessere Darstellbarkeit
Auch komplexe Wirbelkörperaugmentationen können simuliert werden, indem Teilnehmer ein VR-Headset tragen und in das simuliertes Radiologieverfahren eintauchen.
Die Planung und Durchführung komplexer chirurgischer Eingriffe erfordert ein umfassendes Verständnis der anatomischen Verhältnisse. Dreidimensionale Lernumgebungen erhöhen die räumliche Darstellung und verbessern die Planung komplexer chirurgischer Aufgaben. Gerade Verfahrensanfängern bieten entsprechenden AR-/VR-Anwendungen eine wertvolle Hilfestellung.
Mit der Mixed-Reality-Brille lassen sich AR-Inhalte am OP-Tisch sichtbar machen. Bildquelle: novarad.net
Eine weitere Methode ist die Anwendung von Navigationshilfen und Fusionsalgorithmen, die z.B. MRT- und CT-Daten zusammenführen, um die Echtzeit-Visualisierung der betreffenden Bereiche zu verbessern.
Ein interessantes Konzept, das die AR-Technologie nutzt, besteht darin, diagnostische Bilder einer bestimmten Läsion direkt auf den Patienten zu überlagern. Durch diese innovative Bildgebung können Träger eines Mixed Reality-Headsets die fusionierte Anatomie direkt neben dem Patienten visualisieren und auf mögliche Risiko-und Zielstrukturen untersuchen.
Auch für Patienten ergibt sich anhand von 3D-Visualisierungen die Möglichkeit, ein viel umfassenderes Verständnis für die jeweilige medizinische Intervention zu erlangen. In einer klinischen Umgebung können Ärzte komplexe 3D-Informationen zur Beratung mit Patienten teilen und anatomische als auch pathologische Befunde verdeutlichen. AR-/VR-Applikationen können dabei helfen, sich besser auf diagnostische Verfahren einzustellen und diffuse Ängste abzubauen.
Novarad OpenSight AR ist beispielhaft für ein AR-System, das die Zulassung der US-Arzneimittelbehörde FDA erhalten hat, um 3D-Präzisionsbilder in Vorbereitung auf eine Operation zu am Körper des Patienten zu visualisieren.
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