USA Aug­men­ted Rea­lity: Holo­gramme erleich­tern Operationen

10.10.2019 | Poli­tik


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