Volumetric Surgery und Microsoft HoloLens: Operative Risiken im Fokus

 

Mediziner mit Röntgenblick

VR kann im medizinischen Bereich komplexe Visualisierungen erzeugen, mit deren Hilfe es Medizinern möglich ist, bereits im prä-operativen Stadium technisch umfassend auf Eingriffe vorbereitet zu sein. Kürzlich hat nun Novarads OpenSight Augmented-Reality-System eine FDA-Zulassung erhalten.

Das innovative AR-Tool ermöglicht es Ärzten, vorgenommene MRT-/CT-Scans des Patienten auf den entsprechenden Körperbereich zu projizieren, um dort ein 3D-Overlay herzustellen. Diese Technologie kann während des operativen Eingriffs eingesetzt werden, um komplexe, nicht gut einsehbare Strukturen anhand der holographischen Bilder zugänglicher zu machen. Auf dem Gebiet der Wirbelsäulen-Chirurgie können durch den Einsatz von OpenSight z.B. Pedikelschrauben, die der Stabilisierung dienen, mit höherer Genauigkeit gesetzt werden. Fehlpositionierungen können in dieser Hinsicht schwerwiegende Folgen haben und nachhaltig Nervenbahnen schädigen. Ein 3D-CT-Scan, der mit entsprechender Schraubenpositionierung gerendert wurde, kann nun volumetrisch auf das betreffende Areal projiziert werden und den Medizinern wertvolle Aufschlüsse über Druck- und Zugpunkte geben.

Am St. Mary’s Hospital London wurde jüngst eine Studie mit sechs Patienten im Alter zwischen 27 und 85 Jahren durchgeführt. Alle Klienten wurden rekonstruktiven Operationen unterzogen, also Maßnahmen der Wiederherstellungschirurgie, die z.B. nach Unfällen erforderlich werden. Wird ein Stück Hautlappen aus einem entbehrlichen Bereich des Körpers auf dem Wundareal vernäht, müssen auch die Blutgefäße zur Sauerstoffversorgung des Transplantatgewebes in den entsprechenden Bereich eingebunden werden. Mit Doppler-Ultraschall lassen sich gewöhnlicherweise Blutströme durch Schallwellen verifizieren; allerdings ist dieses Verfahren sehr zeitaufwendig und eine exakte Lokalisation der Gefäße häufig nicht vollends möglich. Das verbleibende Risiko: Ist das Haut-Transplantat schlecht durchblutet, wird es vom Körper wieder abgestoßen.

 

Volumetrische Nahverfolgung am Patienten

Mit Hilfe der Microsoft HoloLens können sich die Operateure nun aber an CT- und MRT-Scans der entsprechenden Extremität orientieren. Die Scans sind als 3D-Bild auf den Körper projizierbar – gerendert in Originalgröße und exakter Ausrichtung. Wahlweise ist es den Chirurgen auch möglich, die angezeigte Disposition mit einer Handbewegung anzupassen. Durch Sprachbefehle oder Nutzung der Symbolschaltfläche, kann zwischen Erläuterungs- und Rotationsmodus geswitcht werden. HoloLens verfolgt quasi den physischen Ort der Scans am Körper des Menschen. Filigrane Blutbahnen lassen sich auf diese Art wesentlich besser lokalisieren, aber auch verzerrte anatomische Orientierungspunkte stellen so kaum noch ein Problem dar. Förderlich ist die Anwendung auch in puncto Zusammenarbeit: Tragen mehrere Chirurgen ein HoloLens-Headset, erhalten sie aufschlussreiche Einsicht darüber, auf welche Details sich ihre Kollegen zum Zeitpunkt des Eingriffs gerade konzentrieren. 

 

„This is transformative technology that will unite preoperative imaging with augmented reality to improve the precision, speed and safety of medical procedures. This internal visualization can now be achieved without the surgeon ever making an incision, improving outcomes in a world of more precise medicine.“                                                                                                              Dr.Gibby, Novarad CEO & co-creator OpenSight

 

 

Doppelt hält besser – Vorsorgen mit Augmented-/Mixed-Reality-Apps

Die Möglichkeit, mit Hilfe des virtuellen Spiegels präziser am Patienten operieren zu können, macht inzwischen viele Mediziner neugierig. Ein Team des Imperial College London (einer der forschungsstärksten und renommiertesten Universitäten der Welt) hat sich ebenfalls an der Studie für den praktischen Einsatz der Mixed-Reality-Brille im St. Mary’s Hospital beteiligt.

 

 

Das Team kam zu dem Schluss, dass die HoloLens ein leistungsfähiges Werkzeug ist, mit Hilfe dessen die mit der Operation verbundene Anästhesiezeit und Morbidität stark reduziert werden kann. Weiterhin könne das Training durch den Einsatz der MR-Technologie wesentlich verbessert werden; operierenden Chirurgen käme von Kollegen auch aus der Ferne zuverlässig Unterstützung zu, wenn diese die OP mit der Mixed-Reality-Brille verfolgen.

Dreidimensionales Sehen während des Eingriffs eliminiert einen Großteil der anatomischen Hürden bei einem chirurgischen Eingriff. Zudem reduziert die höhere Präzision in der operativen Ausführung nachweislich fehlerhaftes Vorgehen. Besonders bei seltenen Eingriffen und Komplikationen kann Personal fachgerechter und risikoärmer geschult werden: Es gibt eine Lehrversion der Software, mit welcher Medizinstudenten z. B. virtuelle Sezierungen (sog. Dissektionen) an Leichnamen durchführen können.

Wie wichtig die HoloLens-Technologie auf medizinischem Sektor sein kann, vermittelt die Telemedizin-Software Nomadeec, die 2018 den Laval Virtual Award in der Kategorie „Environment & Health“ gewinnen konnte.

 

 

 

State of the Heart – Mit dem Herzen sehen

Augmented-Reality-Systeme bieten angehenden Ärzten eine Vielzahl spannender Möglichkeiten, ihre Fähigkeiten zu erproben. Um beispielsweise die äußerst komplexe Legung einer Herzpumpe zu trainieren, können Chirurgen auf die Lösungen von CAE healthcare zurückgreifen, um an einem Manikin (ein CAD-Modell des menschlichen Körpers) verschiedene Herausforderungen dieses Eingriffs durchzuspielen, ohne dabei Patienten zu gefährden.

 

CAE LucinaAR ist ein weiteres spannendes Produkt des Unternehmens, mit dem sich angehende Mediziner und Hebammen alle Stadien der Entbindung vor Augen führen können. Ein Teil der Lernanwendung ist auch die Lösung eines Schulterdystokie-Szenarios, welches dann besteht, wenn der Säugling bei der Geburt mit den Schultern im Becken der Mutter hängen bleibt. Dabei kann es zu schweren Frakturen kommen – die kindliche Mortalität liegt hier bei bis zu 16 Prozent. Durch bestimmte Bewegungsmanöver lässt sich die Beckenbodenmuskulatur jedoch entspannen und der Komplikation entgegentreten.

 

Auch das Bonner Unternehmen Anima Res bietet verschiedene VR-, MR- und AR-Lösungen für den medizinischen Bereich an und gehört seit Ende 2017 zum Kreis der Mixed-Reality-Partner um Microsoft. Für Kunden aus der Pharmabranche entwickelt das Bonner Unternehmen Anwendungen zur Erklärung und Erforschung komplexer medizinischer Abläufe sowie der Wirkweise von Medikamenten oder medizinischen Geräten. Mit der Mixed-Reality-App Insight Heart wollen die Entwickler nun demonstrieren, was des Weiteren im Bereich Medical Education möglich ist. Die Anwendung lässt User mit dem Organ interagieren und simuliert zudem physiologische Pathologien, darunter einen Herzinfarkt oder Vorhofflimmern. Blutfluss, Herzkammer und weitere spezifische Anatomien sind detailliert einsehbar. Besonderes Highlight: Der Herzschlag ist durch haptisches Feedback fühlbar, während sich per externem Sensor, wie etwa der Apple Watch, der eigene Herzschlag mit der App verbinden lässt. Insofern lässt sich das dreidimensionale Herz mit Live-Daten steuern! Ebenso kann der Feed des letzten Workouts visuell eruiert werden.

Dozenten und Studierende können auf diese Weise Sachverhalte aktiv erforschen und Erkenntnisse darüber gewinnen, wie sich ein gesundes von einem kranken Herzen unterscheidet. Informationen werden durch aktives Spiel nachweislich besser verankert, als dies durch passives Lernen der Fall wäre. Dieser Aspekt greift bei Insight Heart, indem die Steuerung der Anwendung durch Gesten und Sprachbefehle erfolgt. Unterstützend wirkt hierbei auch ein virtueller App-Guide namens ANI.

 

 

Insight Heart wurde plattformübergreifend entwickelt und erlaubt Einsätze per iOS-und Android wie auch natürlich via Microsoft HoloLens und dem Windows Mixed-Reality-Headset. Daraus ergibt sich der praktische Vorteil, die Anwendung auch als VR-Video-App zu konsultieren.

 

Austausch schaffen – Wissen potenzieren

Das Team um Henrik Brun, Kinderkardiologe, und Gry Dahle, Thoraxchirurgin, vom Osloer Rikshospitalet, befasste sich ebenfalls extensiv mit den Möglichkeiten von AR und Herzchirurgie. Im Rahmen des Projektes HoloViz wurde die HoloLens-Brille bei komplizierten Herzfehlern und der Behandlung von Herzinsuffizienz bei Kindern untersucht.

 

„Durch die Simulation der Klappeneinfügung mit Holographie kann auch die am besten geeignete Stelle gefunden werden. Denn das Einsetzen einer Klappe in das Herz des Patienten, wird im Voraus simuliert. Es ist wichtig, die richtige Größe der Klappe zu finden und sicherzustellen, dass der Blutstrom nicht durch die Aortenklappe unterbrochen wird. Wir berechnen Winkel dafür und durch eine holographische Simulation der implantierten Klappe sehen wir das sehr gut im Vorfeld.“                                                                                                     Gry Dahle, Oslo University Hospital

Ein weiterführendes Mixed-Reality-Projekt zur ergiebigen Forschung medizinischer Disziplinen firmiert unter dem Namen HoloCare Innovation Centre for Mixed-Reality. Durch private und öffentliche Mittel finanziert, möchten die Pioniere dieses weltweit ersten Forschungszentrums für MR im Gesundheitswesen, das inzwischen mit mehreren Krankenhäusern kooperiert, die medizinische Visualisierung durch Technologien wie Augmented- und Mixed-Reality revolutionieren.

 

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