3D-Visualisierung bringt minimalinvasive Chirurgie nach vorne

Virtuelle Technologien in der medizinischen Praxis bieten heute bereits zahlreiche Verbesserungen bei komplizierten, z.T. lebenserhaltenden Operationen und Präventionsmaßnahmen sowie bei der Ausbildung des medizinischen Personals. Technische Innovationen tragen damit maßgeblich zum Wohle des Patienten bei. Auch der Kosteneffizienz der angewendeten Verfahren kommt in unserem Gesundheitssystem eine immer wichtigere Rolle zu. Der technologische Fortschritt auf dem Gebiet der 3D-Visualisierung - insbesondere durch die Verknüpfung künstlicher Intelligenz mit neuen Methoden der graphischen Darstellung - schreitet rasant voran. Aktuelle Forschungsergebnisse können damit als bedeutender Impulsgeber dienen und sollten daher zügig und nachhaltig in die Praxis überführt werden.




Gegenwärtige technologische Methoden in der medizinischen 3D-Bildgebung wurden am 26.01.2016 in einer Veranstaltung von saar.is am Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) einem interessierten Fachpublikum aus Forschern und Medizinern realitätsnah präsentiert. Die Vorträge führender medizinischer Experten ergänzten anschauliche Präsentationen wertvoller, neuartiger Erkenntnisse aus dem Forschungsbereich Agenten und Simulierte Realität (ASR) von Prof. Dr.-Ing. Philipp Slusallek.

 “Innovative Produkte und Dienstleistungen sind der Garant für dauerhaften, unternehmerischen Erfolg”, so Dr. Thomas Siemer, Leiter des Netzwerks “healthcare” der Medizin- und Pharmabranche im Saarland. Mit der Frage, welche Stellen der Prozesskette hier Ansatzmöglichkeiten böten, übergab er das Wort an den ersten Referenten Dr. Hilko Hoffmann, Projektleiter im Forschungsbereich ASR.

saar.is Infoveranstaltung zu 3D-Visualisierung in der MedizinDie tatsächliche Umsetzung der Nutzbarkeit für Industrie und Endkunde zählt zu einer der bedeutendsten Aufgaben am DFKI. “Das Forschungszentrum initiiert die Überwindung des so genannten ‘Valley of Death’, d.h. es strebt die Schließung der Kluft zwischen Grundlagenforschung und Anwendung in der Praxis an”, so Dr. Hoffmann. Als Paradebeispiel nennt er den Einsatz von 3D-Technologien in den Unternehmensbereichen der Produktentwicklung und Produktionsplanung für die Branchen Maschinenbau und Automotive. “Eben diese Prozesse gilt es nun auf den medizinischen Sektor abzubilden und individuell anzupassen”, erklärt Dr. Hoffmann weiter. Die Vorteile liegen klar auf der Hand: Zum einen garantiert die Integration neuster Technologien eine kontinuierliche Weiterentwicklung von Diagnose- und OP-Verfahren unter Berücksichtigung modernster Komponenten. Zum anderen erschließt sich eine Art “Technologiebaukasten” aus Kombinationen dieser Verfahren mit zeitgemäßen Lösungen, wie z.B. dem 3D-Drucker-Verfahren, das sich nach Meinung von Herzchirurg Dr. Helmut Isringhaus bei der Vorbereitung auf operative Eingriffe, besonders in der Kinderherzchirurgie, als überaus nützlich und wertvoll erweisen könnte. Ergebnisse aus vergangener, laufender und zukünftiger Projektarbeit liefern an dieser Stelle ein Spektrum von Technologien mit herausragendem Potenzial, wie beispielsweise:

“Display as a Service” (DaaS) ist eine im Forschungsbereich ASR entwickelte Technologie, welche die systemische Verbindung zwischen Pixelquellen und Displays, heute typischerweise über Videokabel realisiert, in Standard-IP-Netzwerke verlagert. So können viele Quellen gleichzeitig und über große Distanzen mit vielen Displays verbunden werden, was eine ungesehene Flexibilität im Umgang mit visuellen Informationen ermöglicht. So können beispielsweise beliebige Bewegtbildinformationen zu Patienten, seien dies Videos von Untersuchungen oder individuelle 3D-Echtzeit-Visualisierungen nach entsprechender Authentifizierung auf beliebigen Bildschirmen im Krankenhaus, sogar auf Mobilgeräten von medizinischem Personal angezeigt werden. DaaS unterstützt neben zusammengesetzten Display-Wänden nativ auch stereoskopische Bewegtbildinhalte, sodass selbst räumliche Visualisierungen zu beliebigen unterstützten Ausgabegeräten im Haus geleitet werden können.

Die am DFKI entwickelte Technologie XML3D öffnet jedermann den Zugang zu 3D-Anwendungen per Integration in das Web. Die Architektur, die stetig voran schreitet, bildet 3D-Objekte in der virtuellen Welt realitätsgetreu und in Echtzeit ab. Die Anwendungsszenarien sind gerade im Gesundheitswesen vielfältig: Die Technik erlaubt beispielsweise das interaktive Training für den Katastrophenfall. Die Erprobung von Rettungsstrategien beschränkt sich nicht länger auf das theoretische Aufzeichnen mit Bleistift und Papier, Organisation und Tests erfolgen dank XML3D interaktiv im Netz.

Fachleute aus der medizinischen Praxis mit internationalem Renommee, wie z.B. die Referenten Prof. Dr. Ralf Seipelt vom Herzzentrum Saar oder Dr. med. Frank-Uwe Alles der SHG-Kliniken Völklingen, sprachen über den Einsatz verschiedener aktueller bildgebender Verfahren, wie etwa der 3D-Visualisierung vor und bei chirurgischen Eingriffen an den Herzklappen oder der Laparaskopie mit und ohne Roboter, die zu kürzerer Operationsdauer, minimalinvasiven Eingriffen und insgesamt zu besseren OP-Methoden führen oder auch die Früherkennung unterstützen.

Besucher der Veranstaltung 3D-Visualisierung in der MedizinBeide betonten die Vorteile von 3D-Darstellungen in ihrem Bereich. In der Herzchirurgie etwa besteht somit die Möglichkeit zur Vorabanalyse der Klappen, zur  räumlichen Echtzeitdarstellung im Maßstab 1:1, zur Interaktionsfähigkeit und nicht zuletzt die Option “Unsichtbares sichtbar zu machen”, d.h. zu Teilen des erkrankten Organs auch Assistenten und OP-Schwestern unmittelbaren visuellen Zugang zu verschaffen. Dr. Alles ergänzte um Punkte, wie etwa die Frage zur Verbesserung der Tiefenwahrnehmung durch taktiles Feedback, die präzisere räumliche Orientierung, die deutlich verkürzte OP-Zeit zur Entlastung des Teams und des Patienten.

In den Vorträgen klang neben der Begeisterung für die bereits erreichten Fortschritte in diesem Bereich, auch eine Reihe von Anknüpfungspunkten bzw. Verbesserungspotentialen an, die in der anschließenden Diskussionsrunde unter Leitung von Dr. Isringhaus sowie in den Gesprächen an den Demonstratoren bzw. im Come-together nochmals verdeutlichten, dass ein Schulterschluss zwischen DFKI-Forschung und der 3D-Bildgebung in der Medizin diese notwendige Entwicklung maßgeblich vorantreiben könnte.

Das Motto der Veranstaltung “Ideentransfer von der Forschung in die Praxis” traf somit den richtigen Nerv. Dr. Hilko Hoffmann beantwortete die konkrete Abschlussfrage “Wie ist es zu realisieren, dass beide Seiten - Technik und Medizin - profitieren?” mit dem schon zu Beginn angerissenen Statement, dass es insbesondere Mut erfordere, an dieser Stelle neue Wege zu gehen und konkret gemeinsam öffentlich geförderte Projekte zu forcieren.

 

Kontakt
Dr. Hilko Hoffmann
Forschungsbereich Agenten und Simulierte Realität
Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz
E-Mail: Hilko.Hoffmann@dfki.de
Tel: +49 681 85775 7742