Chirurgische Eingriffe sind immer ein Risiko. Daher bereiten Mediziner eine Operation gründlich vor. Trotzdem zeigen Röntgenbilder oder Daten aus CT oder MRT nicht alles.

Das Forschungsprojekt VIVATOP unter Federführung des Technologie-Zentrums Informatik und und Informationstechnik (TZI) der Universität Bremen will das durch den 3D-Druck, Virtuelle Realität und Augmented Reality ändern. Sie sollen OP-Teams helfen, ihre Eingriffe besser zu planen und das Risiko für den Patienten zu senken.

VIVATOP liefert VR-Lösungen für die Chirurgie

Die moderne Chirurgie ist eine High-Tech-Domäne. Das gilt nicht nur für die Operationen selbst, sondern auch für deren Vorbereitung. Dabei greifen sie auf Röntgenbilder, Ergebnisse von Computertomographie (CT) oder Magnetresonanztomographie (MRT) und vieles andere zurück.

3D-Brillen und Computersimulationen erleichtern die Vorbereitung chirurgischer Eingriffe.
Foto: TZI, Universität Bremen

Relativ neu sind computergenerierte 3D-Modelle. Aber die muss man immer noch auf 2D-Bildschirmen betrachten. Modelle aus dem 3D-Drucker, wie sie das Projekt VIVATOP nutzt, fehlen bislang.

Allerdings gibt es bereits Versuche mit Mixed Reality-Anwendungen, etwas im Bereich der Mund-Kiefer-Gesichtschirurgie. VIVATOP steht für „Vielseitiger Immersiver Virtueller und Augmentierter Tangible OP“. Das Projekt verbindet Modellorgane aus dem 3D-Drucker mit Anwendungen aus der VR und der Augmented Reality.

Organmodelle aus dem 3D-Drucker haben viele Vorteile. Man kann sie anfassen und genau anschauen oder als Anschauungsobjekt herumgeben. VR-Brillen ermöglichen eine noch detailliertere Darstellung. Die Teilnehmer einer Besprechung können das ausgedruckte Organmodell in die Hand nehmen und sich über ihre Brille zusätzliche Informationen einspielen lassen.

Auch die Kommunikation zwischen Ärzten und Patienten fällt leichter. Denn mit Hilfe des Modells können Ärzte präziser erklären, wie die bevorstehende Operation ablaufen soll.

VIVATOP-Technologie erleichtert Operationen

VR-Technik und Organmodelle unterstützen die Operation selbst. Weil jeder menschliche Körper anders ist, müssen sich Chirurgen immer wieder neu orientieren. Die neue, im Rahmen von VIVATOP entwickelte Technik erleichtert sowohl Entscheidungen wie auch die Orientierung während des Eingriffs.

Organmodelle aus dem 3D-Drucker machen geplante OPs anschaulicher.
Foto: cirp GmbH

Dabei ist der Operationssaal von Sensor- und Aufzeichnungstechnik gespickt. Tiefenkameras und andere Sensoren zeichnen jede Bewegung des OP-Teams und den Eingriff am Organ selbst auf.

Das OP-Team trägt während des Eingriffs VR-Brillen, in denen ständig alle nötigen Informationen abgebildet werden. Die Brillen bedienen sie  über eine Sprachsteuerung.

Zudem können Operationen live in der Virtuellen Realität abgebildet werden. Hier lassen sich zudem die Planungsdaten aus der Vorbereitungsphase einspielen. Denkbar wäre auch, so Projektkoordinator Professor Dr. Rainer Malaka, die Nutzung in der Telemedizin, etwa durch Zuschaltung von Experten. Allerdings wäre immer ein Arzt vor Ort.

Aber die Möglichkeit, das komplexe Operationsgeschehen gleichzeitig live zu verfolgen und aufzuzeichnen, eröffnet für die weltweite Zusammenarbeit neue Möglichkeiten. So könnten Experten eine Operation verfolgen und das Team unterstützen, ohne selbst vor Ort sein zu müssen.

Marktreife absehbar

Bis die im Rahmen von VIVATOP entwickelten Lösungen, dürfte jedoch noch einige Zeit vergehen. „Das Projekt läuft über drei Jahre, danach muss die Industrie weitermachen“, sagt Professor Rainer Malaka.

Nach seiner Erfahrung sind Neuzulassungen von Medizinprodukten aufwendig und teuer. Allerdings könnte es für Ausbildungszwecke und zur Patientenaufklärung auch schneller gehen.

Das Bundesministerium für Forschung und Bildung fördert VIVATOP mit 2, 2 Millionen Euro. Beteiligt sind neben Malakas Arbeitsgruppe am TZI weitere Partner. Eine weitere Forschergruppe beschäftigt sich mit Virtueller Realität und Computergrafik.

Das Oldenburger Pius-Hospital steuert medizinische Expertise bei, die 3D-Organmodelle sind Produkte des Fraunhofer-Instituts für Digitale Medizin. Hinzu kommen Industriepartner für Augmented Reality und 3D-Druck. Malaka schätzt, dass die ersten kommerziellen AR-Anwendungen 2020 zur Verfügung stehen könnten.