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ArchivÖÄZ 2019ÖÄZ 19 - 10.10.2019

USA: Augmented Reality: Hologramme erleichtern Operationen


Während eines chirurgischen Eingriffs unmittelbar über dem Patienten dreidimensionale Hologramme zu sehen und sogar mit Fingerbewegungen interagieren zu können: Die Augmented Reality macht es möglich. In der ärztlichen Ausbildung wiederum könnten interaktive, dreidimensionale Darstellungen von Organen die Vermittlung von anatomischem Wissen revolutionieren.

Nora Schmitt-Sausen

Chirurgie ähnelt manchmal dem Fliegen eines Kampfjets: Jede Ablenkung, jedes nach rechts oder links schauen, ist unerwünscht. Der völlige Fokus muss allein der Aufgabe gelten, die vor einem liegt. Mit diesem Vergleich leitet der amerikanische Chirurg Jang Won Yoon in einem Artikel auf der Ärzteplattform Doximity seine Haltung zu visualisierenden digitalen Hilfen in der Chirurgie ein. Und preist danach wie andere vorausdenkende Kollegen die neuen Möglichkeiten, die sich in jüngster Vergangenheit durch die rasanten technischen Entwicklungen für die Chirurgie ergeben haben.

Konkret spricht Yoon über High-Tech-Headsets, die es Operateuren bei Eingriffen ermöglichen, in ihrem Sichtfeld unmittelbar über dem Patienten dreidimensionale Hologramme des individuellen Innenlebens zu sehen – und damit während des Eingriffes sogar durch Fingerbewegungen zu interagieren. Das Hologramm ermöglicht es dem Operateur, durch den Körper hindurchzusehen und führt ihn durch den Eingriff. Schnitte können damit noch präziser erfolgen, die gesamte Operation sicherer, so die Hoffnungen.

Weitere Vorteile für die Operateure liegen auf der Hand: Chirurgen müssen sich etwa das Bild eines kranken Herzens eines Kindes nicht mehr aus der Erinnerung abrufen. Oder während eines Eingriffes nicht mehr den Blick zwischen Patient und Monitor schweifen lassen. Stattdessen bringt das High-Tech-Headset die medizinischen Bilder des Patienten in Hologrammform unmittelbar in das Sichtbild des Operateurs, indem es vor ihren Augen „schwebt“.  Genutzt werden kann diese Mixed Reality-Technologie, eine Weiterentwicklung von Augmented Reality, nicht erst am Operationstisch, sondern schon lange vorher. Denn: Die neuartige Visualisationsmethode kann Ärzten bereits die Vorbereitung auf Operationen erleichtern. Mit dem High-Tech-Headset oder einer Spezialbrille auf dem Kopf können die Mediziner 3D-Hologramme von betroffenen Organen oder Extremitäten betrachten, ohne dass der Körper geöffnet werden muss. Bei komplexen Operationen wie in der Kardiologie oder bei Tumorentfernungen ergeben sich damit völlig neue Möglichkeiten: Der Behandler kann zum Beispiel die Lage eines Tumors betrachten, bevor er einen einzigen Schnitt gemacht hat.

Hochmoderner Campus

Auch in der medizinischen Ausbildung wird durch die Augmented Reality-Technik Neuland betreten. In Cleveland, im US-Bundesstaat Ohio, öffnet in diesem Sommer ein neuer, hochmoderner Health Education Campus (HEC) - ein Gemeinschaftsprojekt der Case Western Reserve University (CWRU) und der renommierten Cleveland Klinik. Das Besondere an diesem neuen Campus: Er beherbergt die Ausbildungsstätten für Ärzte, Zahnärzte und Pflegekräfte unter einem Dach, um die junge Generation auf eine neue Ära der Team-basierten Versorgung vorzubereiten. Die beiden Einrichtungen möchten mit ihrer Kooperation außerdem sicherstellen, dass die Studenten mit den neuesten Technologien lernen können. Anatomie wird auf diesem Campus auch nicht mehr an Leichen, sondern ausschließlich mit der Hilfe von Augmented Reality-Technik gelehrt.

Wie die digitale Anatomie funktioniert, beschreibt Sue Workman, Vice President of IT Services and CIO an der Case Western Reserve University im Beitrag „Mixed Reality: Ein revolutionärer Durchbruch in der Lehre und im Lernen“, der auf der IT-Bildungsplattform EDUCAUSE abrufbar ist. Kurz zusammengefasst: In Ohio sollen 3D-Hologramme dafür genutzt werden, alle Felder der Anatomie zu lehren. Durch die High-Tech-Headsets können die Studenten vor ihren Augen volltransparente, vitale Körper in Lebensgröße sehen inklusive Skelett. Auch Arterien und Venen sowie die vollständige Muskulatur werden dargestellt.

Interaktion mit 3D-Hologrammen

Wie im Operationssaal werden die Studenten dank der Technik nicht nur in die Lage versetzt, die 3D-Hologramme zu betrachten, sondern auch mit ihnen zu interagieren - während sie gleichzeitig ihre Lehrenden und Studenten sehen und sich mit ihnen austauschen können. Die digitalen Körper-Modelle ermöglichen ihnen, „den Körper aus vielen verschiedenen Winkeln zu betrachten“, an Organen zu arbeiten und somit am Körper zu lernen, ohne Angst haben zu müssen, Fehler zu machen. Die Studenten lernen an „lebenden“ Organen, sehen, wie diese arbeiten, entdecken wie das Blut fließt und hören etwa das Herz schlagen. Sie können die Muskulatur an den Extremitäten aus der Distanz oder im Detail betrachten: indem sie unter die Haut blicken und sich erarbeiten, wo genau sich die Muskulatur an den Knochen anschließt.

Ein weiteres Plus: Die angehenden Mediziner sehen nicht allein eine Krankheitssituation vor sich wie bei einer Leiche, sondern können sich ein deutlich komplexeres Bild von Organen machen. Und: Die Übungskörper sind jederzeit verfügbar. In der Chirurgie ermöglicht diese Technik den Studenten, sehr früh sehr nah dran zu sein: Sie können Eingriffe ihrer Lehrenden live und hautnah verfolgen. Das Headset bringt ihnen die Perspektive der Operateure vor Augen.

Die beiden Institutionen träumen hier nicht von der Zukunft. Schon bevor der neue Campus eröffnet wird, wurde ein Anatomie-Curriculum entwickelt – und erprobt. In ersten Pilotprojekten mit Studierenden der Case Western Reserve University wurden bereits die Lernerfolge überprüft. Diese seien vielversprechend, heißt es seitens der Universität. Die Studenten lernten mindestens genauso gut – und in schnellerer Zeit.

Vom Erfolg der Technik sind sie in Cleveland überzeugt. „Ich habe in meinem Leben schon an Zehntausenden Thoraxen operiert, aber ich konnte nie von oben nach unten in den Brustkorb schauen. Das wäre eine physische Unmöglichkeit. Bis jetzt“, formulierte es Toby Cosgrove, bis 2017 CEO und Präsident der Cleveland Klinik. Man könne den Körper aus Blickwinkeln betrachten, von denen selbst erfahrene Chirurgen nur in ihren wildesten Träumen zu träumen gewagt hätten. Die neue Technologie hätte „das Potential, das Studium der menschlichen Anatomie zu verändern“.

Nicht nur in der ärztlichen Ausbildung experimentieren IT-Spezialisten und Ärzte mit der neuen Augmented Reality-Technologie. Auch in der medizinischen Praxis hat die Arbeit damit begonnen: Das Verschmelzen dieser 3D-Technologie und der Chirurgie hat bereits Einzug in die Operationssäle einiger Häuser innerhalb und außerhalb der USA gehalten. Die Technologie wird bislang vor allem in der Kardiologie und der Kinder-Kardiologie erprobt. Der weit verbreitete Einsatz ist erst nach weiteren Jahren der Forschung und Entwicklung zu erwarten.


Augmented Reality: die Details

Augmented Reality (AR, „erweiterte Realität“) ist eine Mischung aus Virtual Reality – einer Technik aus der Welt der Computerspiele – und der Realität im gegenwärtigen Umfeld. Kurz gesagt: Es handelt sich um die Computer-gestützte Erweiterung der Realitätswahrnehmung. Eine besondere Form davon stellt die Mixed Reality-Technologie dar, unter der Systeme zusammengefasst werden, in denen die natürliche Wahrnehmung eines Nutzers mit einer künstlichen – Computer-generierten – Wahrnehmung vermischt wird.

Für die Augmented Reality-Technologien werden komplexe Daten visualisiert. In der Medizin werden etwa die Daten von MRIs, CT-Scans und der persönlichen Körperanatomie eines Patienten eingespeist.

Das große Potential der neuen Technologie für den Gesundheitssektor haben inzwischen nicht nur Tech-Riesen wie Microsoft erkannt, die mit ihrer Mixed Reality-Brille HoloLens die medizinische Lehre in Cleveland/Ohio verändern. Die Visualisierung erfolgt durch Head-up-Displays oder Spezialbrillen und Projektionstechniken.



© Österreichische Ärztezeitung Nr. 19 / 10.10.2019