07105 Augmented Reality im Operationssaal
Wie Zukunftstechnologien das Unsichtbare sichtbar machen
|
Durch eine nutzerzentrierte Vorgehensweise wurde eine Augmented-Reality-Lösung für die Microsoft HoloLens konzipiert, die Ärzten und Ärztinnen bei der Ventrikelpunktion des menschlichen Gehirns kontextsensitiv unterstützt. Die konsequente Einbeziehung der Nutzer sowie das interdisziplinäre Zusammenspiel des Projektteams führten dazu, dass sich die Anwendung ideal in die klinischen Workflows einfügt und die Nutzer besonders an kritischen Stellen während der OP bestmöglich unterstützt. Erste intraoperative Tests an Plastikschädeln waren bereits erfolgreich. Der Entwicklungsprozess inklusive konkreter Ergebnisse und Learnings zum Design von Augmented-Reality-Anwendungen wird in diesem Artikel beleuchtet. von: |
Innovative Technologien wie Künstliche Intelligenzen (KI), Augmented Reality (AR), neue Sensortechniken und automatisierte Prozesse halten fortwährend Einzug in die Welt der Medizintechnik. Dabei haben alle vordergründig ein Ziel: Sie sollen Ärzte/Ärztinnen in ihrer Arbeit unterstützen, Abläufe effizienter gestalten und dem Patienten eine bessere Behandlung ermöglichen. Um das zu erreichen, müssen die angebotenen Lösungen auf die Nutzer und den Nutzungskontext zugeschnitten sein. Das Forschungsprojekt HoloMed zeigt anhand des Routineeingriffs der Ventrikelpunktion exemplarisch auf, welche Schritte dabei durchlaufen wurden, um von einer innovativen Idee zum evaluierten Prototyp zu kommen.
1.1 Der Eingriff
Ventrikelpunktion
Die Punktion des Ventrikelsystems im menschlichen Gehirn gehört zu den Routineprozeduren in der Neurochirurgie. Deutschlandweit werden etwa 20.000 solcher Punktionen pro Jahr entweder als eigenständiger Eingriff oder als Teil einer komplexeren Operation durchgeführt. Häufig ist diese Prozedur in Notfallsituationen, wie z. B. bei Gehirnblutungen oder Schädel-Hirn-Traumata, Tumoren oder Schlaganfällen angezeigt, wenn durch Reduzierung des Hirndrucks schwerwiegenden Konsequenzen entgegengewirkt werden kann. Die Punktion erfolgt über eine Bohrlochtrepanation am sogenannten Kocher-Punkt (s. Abb. 1). Die Stichrichtung des Katheters wird heutzutage anhand äußerer anatomischer Landmarken (z. B. Augenhöhle, Gehörgang) festgelegt. Darüber hinaus muss der/die Chirurg/-in die anatomischen und pathologischen Besonderheiten des Patienten berücksichtigen. Der menschliche Ventrikel liegt in etwa 4 cm Tiefe, hat eine längliche Form mit einer Breite von ca. 1 cm, die jedoch aufgrund der zugrunde liegenden Erkrankung stark variieren kann. Eine optimale Katheterlage wird heute nur in etwa zwei Dritteln der Fälle erreicht und selbst dafür sind manchmal mehrere Punktionsversuche erforderlich.
Die Punktion des Ventrikelsystems im menschlichen Gehirn gehört zu den Routineprozeduren in der Neurochirurgie. Deutschlandweit werden etwa 20.000 solcher Punktionen pro Jahr entweder als eigenständiger Eingriff oder als Teil einer komplexeren Operation durchgeführt. Häufig ist diese Prozedur in Notfallsituationen, wie z. B. bei Gehirnblutungen oder Schädel-Hirn-Traumata, Tumoren oder Schlaganfällen angezeigt, wenn durch Reduzierung des Hirndrucks schwerwiegenden Konsequenzen entgegengewirkt werden kann. Die Punktion erfolgt über eine Bohrlochtrepanation am sogenannten Kocher-Punkt (s. Abb. 1). Die Stichrichtung des Katheters wird heutzutage anhand äußerer anatomischer Landmarken (z. B. Augenhöhle, Gehörgang) festgelegt. Darüber hinaus muss der/die Chirurg/-in die anatomischen und pathologischen Besonderheiten des Patienten berücksichtigen. Der menschliche Ventrikel liegt in etwa 4 cm Tiefe, hat eine längliche Form mit einer Breite von ca. 1 cm, die jedoch aufgrund der zugrunde liegenden Erkrankung stark variieren kann. Eine optimale Katheterlage wird heute nur in etwa zwei Dritteln der Fälle erreicht und selbst dafür sind manchmal mehrere Punktionsversuche erforderlich.
1.2 Mit Augmented Reality zum besseren Ergebnis?
Navigationshilfe HoloMed
Die aktuelle Trefferquote bei der Ventrikelpunktion bietet klares Verbesserungspotenzial. Um sie zu erhöhen, wird die Navigationsunterstützung HoloMed entwickelt. Um die Anforderungen an eine kontextsensitive Navigationsunterstützung zu erfüllen, muss die spätere Lösung dem Chirurgen Informationen zur Verfügung stellen, ohne die „echte Welt” aus dem Fokus zu verlieren. Für Anwendungsfälle wie diesen wurden in den letzten Jahren mehr und mehr Augmented-Reality-Brillen – wie die HoloLens von Microsoft – entwickelt und auf den Markt gebracht. Die mit zahlreichen Sensoren ausgestatteten, teilweise noch relativ klobigen Brillen ermöglichen es, virtuelle Gegenstände und Informationen (Hologramme) ins Sichtfeld des Trägers einzublenden. Interagieren kann der Nutzer über verschiedene Wege mit den AR-Applikationen, die auf dem geräteinternen Speicher hinterlegt sind – beispielsweise über Handgesten, über das Fixieren von Elementen durch den Blick oder über Sprachbefehle.
Die aktuelle Trefferquote bei der Ventrikelpunktion bietet klares Verbesserungspotenzial. Um sie zu erhöhen, wird die Navigationsunterstützung HoloMed entwickelt. Um die Anforderungen an eine kontextsensitive Navigationsunterstützung zu erfüllen, muss die spätere Lösung dem Chirurgen Informationen zur Verfügung stellen, ohne die „echte Welt” aus dem Fokus zu verlieren. Für Anwendungsfälle wie diesen wurden in den letzten Jahren mehr und mehr Augmented-Reality-Brillen – wie die HoloLens von Microsoft – entwickelt und auf den Markt gebracht. Die mit zahlreichen Sensoren ausgestatteten, teilweise noch relativ klobigen Brillen ermöglichen es, virtuelle Gegenstände und Informationen (Hologramme) ins Sichtfeld des Trägers einzublenden. Interagieren kann der Nutzer über verschiedene Wege mit den AR-Applikationen, die auf dem geräteinternen Speicher hinterlegt sind – beispielsweise über Handgesten, über das Fixieren von Elementen durch den Blick oder über Sprachbefehle.
