Eine Gruppe von Computer-Spezialisten und Neurochirurgen hat mit Unterstützung von Hollywood-Special-Effects-Fachleuten einen lebensechten 3D-Simulator entwickelt und getestet, der Chirurgen auf eine etwas heikle, minimalinvasive Hirnoperation vorzubereiten, die endoskopische Ventrikulostomie des dritten Ventrikels (ETV).

Ein Bericht über den Simulator, der die Auszubildenden durch den Eingriff führt, erschien im Journal of Neurosurgery: Pediatrics am 25. April. Das Verfahren nutzt Endoskope, kleine, rechnergesteuerte Schläuche mit Instrumenten. Es kommt zum Einsatz, um bestimmte Ausprägungen eines Hydrocephalus zu behandeln, eine übermäßige Ansammlung von Liquor in den Ventrikeln, die Druck auf das Gehirn ausübt. ETV ist eine minimalinvasive Technik, mit der sich die Flüssigkeit ableiten lässt, ohne dass es einen Shunt bräuchte, der oft mit Komplikationen verbunden ist.

Alan R. Cohen, M. D., Professor der Neurochirurgie an der John Hopkins University of Medicine und Senior Author des Beitrags, vergleicht die chirurgische Simulation mit dem Übungsschwung beim Golfspielen. Man könne die Operation einüben, bevor man sie dann real ausführe.

Normalerweise würden die Übungen an Leichen vorgenommen, doch diese seien nur in begrenztem Rahmen verfügbar, teuer, nicht wiederverwendbar, so Cohen, und am wichtigsten: man könne die Operationserfahrung für die vorliegende Aufgabe, die eine besondere Koordination von Hand und Auge erfordere, die Cohen als „Nintendo Neurosurgery“ bezeichnet, nicht exakt simulieren.

Um eine verlässlichere, realistische und kosteneffektive Übungsmöglichkeit für ETV zu schaffen, hat das Entwicklerteam mit Fachleuten aus dem Bereich 3D-Druck und Spezialeffekte zusammengearbeitet. So entstanden Schädel und Gehirn als lebensnahe, anatomisch korrekte virtuelle Repliken mit der Anmutung des echten menschlichen Gewebes.

Die Verbindung von 3D-Druck und Spezialeffekte mündet in der lebensgroßen Rekonstruktion des Kopfes eine 14-jährigen Kindes, modelliert nach einem realen Patienten mit Hydrocephalus, einer der häufigsten Komplikationen in der Kinderneurochirurgie. Zu den besonderen Funktionen gehört eine elektronische Pumpe, die das Fließen des Liquors und den Pulsschlag reproduziert. Eine Version wirkt durch Gesichtszüge, Haar, Augenbrauen und Wimpern sehr real.

Für den Test haben Cohen und sein Team vier Neurochirurgenkollegen und 13 Assistenzärzte zufällig ausgewählt, um die ETV entweder am ultra-realistischen oder am niedriger auflösenden Simulator auszuführen, wobei es letzterem der Haare, Augenbrauen und Wimpern ermangelte.

Im Anschluss an die Simulation haben die Probanden den Simulator anhand einer 5-Punkte-Skala bewertet. Dabei schnitt die Effektivität des Simulators besser ab als dessen Ästhetik. Der virtuelle Eingriff wurde aufgenommen und später von zwei erfahrenen Neurochirurgen ohne Kenntnisse über die Probanden und deren jeweiligen Wissensstand beurteilt. Dafür verwendeten sie Kriterien wie „Ablauf der Operation“, „Instrumente-Gebrauch“ und „Zeit und Bewegung“. Die fertig ausgebildeten Kollegen wurden in allen Kriterien höher eingeschätzt als die Assistenzärzte, was exakt deren Wissens- und Praxisvorsprung widerspiegelte und die Fähigkeit des Simulators, zwischen Novizen in ihrem Fach und altgedienten Neurochirurgen zu unterscheiden.

Weitere Tests seien notwendig, um zu bestimmen, ob der Simulator die Leistung im OP tatsächlich verbessere, so Cohen. Man habe einen lebensnahen Simulator für die minimalinvasive Neurochirurgie entwickeln können, der realistisch, verlässlich, wiederverwendbar und kosteneffektiv sei. Die Modelle ließen sich patientenspezifisch gestalten, so dass der Arzt die Operation durchspielen können, bevor er in den OP geht.

Zu den weiteren Autoren des Beitrags gehören Roberta Rehder, Johns Hopkins School of Medicine, und Peter Weinstock, Sanjay P. Parbhu, Peter W. Forbes und Christopher Roussin, Boston Children’s Hospital.

Die Studie wurde unterstützt von der Boston Investment Conference. Das Entwicklerteam würdigt den Beitrag von FracturedFX, einem Unternehmen für Spezialeffekte aus Hollywood, bei der Erstellung der Modelle.

Bild:  A. Modell für die ETV. B. Hochgradig realistisches Modell mit Haar, Augenbrauen und Wimpern. Copyright AANS