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Science
10/05/2020

Wie Virtual Reality Ärzten bei Tumoroperationen hilft

Wie in Österreich komplexe Tumor-Eingriffe mithilfe eines 3D-Modells geplant werden.

von Andreea Iosa

Bösartige Tumorerkrankungen sind nach Herz-Kreislauferkrankungen für Frauen und Männer die zweithäufigste Todesursache in Österreich. Jährlich erkranken laut Statistik Austria etwa 40.000 Menschen an Krebs. Die Operationen  stellen große Anforderungen an die Mediziner. Sie sind meist äußerst komplex und erfordern viel Planung. Denn der Tumor ist von Muskeln, Nerven und Blutgefäßen umgeben, die möglichst unbeschädigt bleiben sollten.

Wo die Schnitte bei einer Operation gesetzt werden müssen, um zum Geschwulst zu gelangen, wird nach genauem Inspizieren der Anatomie des Patienten mithilfe von Schichtbilddaten deutlich. 

Virtuelle Realität

Zu nah an den Tumor dürfen die Ärzte nicht gelangen: „Wenn wir in den Tumor hineinschneiden, ist es absolut tödlich für den Patienten“, sagt Michael Nogler, stellvertretender Direktor und Leiter der Abteilung für experimentelle Orthopädie an der Uniklinik Innsbruck, gegenüber der futurezone. Das umgebende Gewebe, zum Beispiel Nerven, darf zudem nicht verletzt werden. Ist ein Schnitt zu tief, kann der Patient nach der OP sein Bein vielleicht nicht mehr bewegen oder seinen Harn zurückhalten.

Um diese Faktoren schon vor dem Eingriff zu berücksichtigen, werden herkömmliche, zweidimensionale Bilder der Röntgen-Computertomografie (CT) und Magnetresonanztomographie (MRT) des Patienten herangezogen. Während diese normalerweise am Bildschirm analysiert werden, ermöglicht Virtual Reality (VR) nun eine noch viel präzisere Untersuchung. 

3D-Modell

Mediziner der Innsbrucker Universitätsklinik für Orthopädie haben unlängst die erste Operation in Österreich im virtuellen Raum vorbereitet. Der operierende Arzt setzt  eine VR-Brille  auf und kann damit die gesamte Anatomie  des Tumorpatienten dreidimensional analysieren. Die neue Visualisierung erleichtert somit  Berechnungen, wie der Körper gänzlich und ohne gröbere Folgen vom Tumor befreit werden kann. 

Wie die an der Universität Basel entwickelte Software vorgeht, ist grundsätzlich nicht neu: Wie sonst auch werden die CT- und MRT-Daten in Schichten aufeinandergelegt, sodass daraus Volumenmodelle beziehungsweise anatomische Darstellungen entstehen. Dieses Rendering schafft die Software besonders schnell. Die 3D-Visualisierung kann in Folge von allen Seiten inspiziert werden. „Neu ist die Art und Weise, sie in den virtuellen Raum zu bringen und damit ein neues Benutzer-Interface zu schaffen, mit dem wir gemeinschaftlich arbeiten können“, sagt Nogler.  

Den Raum können demnach nicht nur die VR-Brillenträger betreten – die Aufnahme kann für alle Anwesenden auf einen Bildschirm übertragen werden. Auch internationale Experten können laut dem Spezialisten bei der Vorbereitung live zugeschaltet werden. Die Analyse erfolgt ad hoc und ohne händische Nachbearbeitung, wie es eine herkömmliche Analyse der Schichtbilddaten oft verlangt. 

Zoom möglich

Der große Vorteil liege vor allem darin, dass der Arzt den Eingriff unter fast realen Bedingungen planen kann und den Körper des Patienten genau so vor sich sieht, wie während der Operation: in 3D. „Dreidimensionale Informationen im  virtuellen Raum anzuschauen, ist einfach viel intuitiver“, sagt der Experte. Per Joystick kann die Visualisierung  auch gedreht und gewendet werden – der Arzt kann zusätzlich um die Darstellung herumgehen und beispielsweise den Tumor näher heranzoomen. 

Die allererste Operation wurde mehrere Monate zuvor aufwendig vorbereitet und schließlich erfolgreich durchgeführt. Bei dem riskanten Eingriff wurde einem jungen Patienten ein fußballgroßer Knochentumor im Hüft- und Lendenwirbelbereich entfernt. Seitdem kommt die Methode an der Innsbrucker Uniklinik regelmäßig zum Einsatz: „Wir sehen uns immer wieder die Anatomien der Patienten an. Die Methode wird immer intensiver eingesetzt – auch für einfache Operationen“, so Nogler. Lediglich Standard-Eingriffe seien ausgenommen. 

Simulation

Besonders aber kommt das Operations-Vorbereitungsystem bei Tumoren oder komplexeren Eingriffen an der Wirbelsäule zur Anwendung. In Zukunft soll es auch bei schweren Brüchen helfen. Nächster Schritt sei laut Nogler, die Innovation vollständig in das Röntgensystem der Uniklinik zu integrieren. „Die Idee ist dann, einen Platz zur Verfügung zu stellen, sodass jeder Arzt hineingehen kann und Patienten im VR-Raum anschauen kann“, sagt er.

In Zukunft sei es zudem vorstellbar, die gesamte Operation auch im Vorfeld genau durchzuspielen: „In der Software können wir noch nicht alle Schritte dokumentieren und simulieren“, sagt Nogler. Aktuell würden sie gedanklich durchgeführt. „Durch die Nutzung der neuen Technologie werden wir mit der Zeit lernen, was notwendig ist, um noch besser zu werden“, sagt der  stellvertretende Klinikdirektor. 

Per Navi zur Wirbelsäule

Auch in Vorarlberg kommt eine neue bildgebende Technologie an der Wirbelsäule zum Einsatz. Wirbelsäulenprobleme zählen weltweit zu den häufigsten Ursachen für Schmerzen und in Österreich zudem für enorm viele Krankenstände. Bringen konservative, also nicht operative, und minimalinvasive Therapien bei Bandscheibenvorfällen nichts mehr, kann die Wirbelsäule des Betroffenen grundsätzlich nur noch mittels Schrauben versteift und stabilisiert werden. 

Um nun noch genauer zu lokalisieren, wo das Implantat angebracht werden muss, bedient sich die Abteilung für Neurochirurgie am LKH Feldkirch seit Kurzem einer neuartigen Methode. In einem „Hybrid-OP-Saal“ wird eine anatomische 3D-Darstellung des Patienten durch eine sogenannte Rotationsangiografie erstellt. Dabei kreist eine  Durchleuchtungsröhre im C-Bogen um den Patienten am OP-Tisch und erzeugt CT-ähnliche Aufnahmen in 3D. 

Zusätzlich wird eine Art Navigationssystem, bestehend aus Reflektoren, an den Patienten angebraucht und dessen Daten mit den CT-Bildern kombiniert. Die Reflektoren geben die anatomische Wirbelsäulenstruktur und die exakten Positionsdaten des betroffenen Wirbels des jeweiligen Patienten wieder. Bislang war mit den zweidimensionalen Bildern lediglich eine Inspektion von vorne und von der Seite möglich. Nun können Ärzte auch in die Tiefe blicken und Nerven und Knochen besser erkennen. Dadurch wird die punktgenaue Lokalisierung des Implantats, auch unter Berücksichtigung des optimalen Winkels, erleichtert. 

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