Rekonstruktive Chirurgie: AR schafft Durchblick im Gewebe

Mit Augmented Reality im OP lassen sich die Ergebnisse der wiederherstellenden Chirurgie verbessern. In einer Reihe von Studien am Imperial College London am St. Mary’s Hospital haben Forscher erstmals gezeigt, wie Chirurgen während einer rekonstruktiven Beinoperation die HoloLens-Headsets von Microsoft einsetzen können.

Die HoloLens lässt den Anwender in eine Mixed-Reality-Umgebung eintauchen und ermöglicht es, mit 3D-Visualisierungen zu interagieren, also computer-generierten Objekten, die im Sichtfeld erscheinen. Das Team bediente sich der Technik, um Bilder von CT-Scans mit der Lage von Knochen und wichtigen Gefäßen auf dem Bein des Patienten einzublenden. So können Chirurgen während der Operation quasi in das Bein hineinschauen.

Dieser Ansatz könnte Chirurgen helfen, wichtige Blutgefäße in einer wiederherstellenden Operation zu lokalisieren und neu zu verbinden, mit einem entsprechend verbesserten Resultat für die Patienten.

„Wir sind mit die ersten weltweit, die die HoloLens erfolgreich im OP einsetzen“, sagt Dr. Philip Pratt vom Department of Surgery & Cancer und Hauptautor der Studie, die im Journal „European Radiology Experimental“ erschienen ist. Mit einer ersten Serie von Anwendungen in der Praxis habe man zeigen können, dass die Technologie praxistauglich und für das Operationsteam vorteilhaft sei. Mit der HoloLens blicke man auf das Bein und in Wirklichkeit in dessen Inneres. Man erkenne die Knochen, den Verlauf der Gefäße und kann die Lage der Zielregionen exakt lokalisieren.

Nach einem Autounfall oder einem schweren Trauma haben die Patienten möglicherweise Gewebeschäden oder offene Wunden, die eine Rekonstruktion mittels fasziokutaner Lappenplastik erfordern. Diese Gewebelappen, von anderen Körperteilen entnommen, enthalten Haut und Blutgefäße und werden genutzt, um die Wunde zu bedecken und die Wundheilung zu beschleunigen.

Ein wichtiger Schritt in diesem Verfahren besteht darin, die Blutgefäße des neuen Gewebes mit jenen in der Wunde zu verknüpfen, so das sauerstoffreiches Blut das neue Gewebe erreicht und lebend erhalten kann. Üblicherweise kommt dafür Ultraschall zum Einsatz. Damit lässt sich das Pulsieren der Unterhautgefäße nachverfolgen und der Chirurg kann abschätzen, wo die Adern verlaufen und welchen Weg sie durch das Gewebe nehmen. Mit Augmented Reality steht nun eine neue Möglichkeit offen, diese Gefäße unter der Haut zu finden, indem man Scans über den betroffenen Bereich legt.

Modellierung

Während der klinischen Tests unterzogen sich fünf, für eine wiederherstellende Bein-OP vorgesehene Patienten einer Reihe von CT-Scans, um die Struktur der Beine erfassen zu lassen, einschließlich der Position der  Knochen und der Lage und dem Verlauf der Blutgefäße. Die so entstandenen Bilder wurden dann von Dr Dimitri Amiras, Radiologe am Imperial College Healthcare NHS Trust (ICHNT), in Knochen, Muskeln, Fettgewebe und Blutgefäße segmentiert und in eine Software importiert, um 3D-Mdoelle des Beins zu erstellen.

Diese Modelle wurde dann in eine weitere Software eingespeist, welche die Bilder für die HoloLens rendert. Die HoloLens wiederum überblendet das Modell mit der realen Operationsumgebung, wie sie der Arzt wahrnimmt. Das medizinische Personal kann diese AR-Bilder mithilfe von Gesten manipulieren und so dafür sorgen, dass Modell und Orientierungshilfen für die Operation auf dem Bein übereinstimmen, etwa am Kniegelenk oder am Knöchel.  Zuerst haben man sich auf grobe, aus den 3D-CT-Rekonstruktionen gewonnene  Messungen der anatomischen Orientierungspunkte verlassen müssen, um die Operation zu steuern. Mit dem Headset können man nun die Lage der Blutgefäße im dreidimensionalen Raum identifizieren und virtuelle 3D-Pfeile verwenden, um den Chirurgen den Weg zu weisen. Derzeit gestalte sich Datenaufbereitung sehr zeitraubend, aber zukünftig, hofft Dr. Amira, werde sich vieles davon automatisieren lassen und der konsultierende Radiologe prüfe die Genauigkeit des Modells im Vergleich zum ursprünglichen Scan.

Aus der Sicht der Chirurgen

Jon Simmons, Arzt für plastische und wiederherstellende Chirurgie am ICHNT, leitete das Team, das HoloLens und Augmented-Reality-Modelle untersucht hat. Die Fälle reichten von einem 44-jährigen mit Beinverletzungen durch einen Autounfall bis hin zu einer 85-jährigen mit einem komplizierten Knöchelbruch. Für das Ärzteteam erwies sich das Headset als leistungsfähiges Werkzeug im OP, und als verlässlicher und weniger zeitraubend als das Verfahren, mit Ultraschall die Blutgefäße zu orten. Zwar könne das neue Verfahren die Expertise der medizinischen Personals nicht überflüssig machen, aber es könnte helfen, die Dauer der anästhetischen Maßnahmen zu verkürzen und die Fehlerquote zu reduzieren, so Simmons. Auf den einzelnen Patienten besser zugeschnittene Eingriffe könnten die Folge sein.

Die Forscher vergessen aber auch nicht, auf die Grenzen des Verfahrens hinzuweisen. Denn während der Modellierung könnten sich Fehler einschleichen und die Gefahr bestehe, dass das eingeblendete Modell nicht passt. Darüber hinaus basierten die bisherigen Tests auf Eingriffen an den Beinen, die eine Reihe von klar sichtbaren chirurgischen Ankerpunkten wie Knöchel oder Knie aufweisen. Bereiche ohne solche festen Punkte wie der Unterleib könnten sich als komplexer herausstellen mit einer größeren Beweglichkeit der Blutgefässe.

Im nächsten Schritt will man das Verfahren mit einer größeren Gruppe von Patienten testen, der Ansatz könnte dann auf andere Bereiche der wiederherstellenden Chirurgie ausgeweitet werden, die Gewebelappen erfordern, beispielsweise die Rekonstruktion der Brust nach einer Mastektomie.

'Through the HoloLens looking glass: augmented reality for extremity reconstruction surgery using 3D vascular models with perforating vessels' by Philip Pratt et al., European Radiology Experimental.

Bild: Aus der Sicht des Chirurgen. Credit: Philip Pratt, et al. Eur Radiol Exp, 2018

0
RSS Feed

Hat Ihnen der Artikel gefallen?
Abonnieren Sie doch unseren Newsletter und verpassen Sie keinen Artikel mehr.

Mit einem * gekennzeichnete Felder sind Pflichtfelder!

Neuen Kommentar schreiben

Entdecken Sie die Printmagazine des WIN-Verlags