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Medizin

22. Dezember 2016 OP-Planung: dreidimensionale Darstellung aus CT-Daten in Echtzeit

Vor einem Eingriff müssen sich Chirurgen ein möglichst präzises Bild von den anatomischen Strukturen des Körperteils verschaffen, der operiert wird. Forscher der Universität Basel haben nun eine Technik entwickelt, die in Echtzeit aus Computertomografie-Daten eine dreidimensionale Darstellung für eine virtuelle Umgebung generiert.
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Die Planung eines Eingriffs ist in der Chirurgie eine entscheidende Voraussetzung für eine erfolgreiche Behandlung. Um festzulegen, wie bei Operationen am besten vorgegangen wird und wo geschnitten werden soll, müssen sich Chirurgen ein möglichst realistisches Bild von anatomischen Strukturen wie Knochen, Gefässen und Geweben machen.

Forscher am Department of Biomedical Engineering der Universität und des Universitätsspitals Basel ist es nun gelungen, zweidimensionale Schnittbilder aus der Computertomografie ohne Verzögerung für eine virtuelle Umgebung aufzubereiten. Dank ausgeklügelter Programmierung und mithilfe moderner Grafikkarten konnte das Team um Prof. Philippe C. Cattin die Berechnungen so beschleunigen, dass die notwendige Bildrate erreicht wird. Zudem ist das SpectoVive genannte System in der Lage, den Schattenwurf flüssig zu berechnen, was für einen realistischen Tiefeneindruck relevant ist.

Mit einer Virtual-Reality-Brille der neusten Generation können Ärzte beispielsweise in einem dreidimensionalen Raum mit einem Hüftknochen interagieren, der operiert werden soll: Sie können den Knochen vergrössern, ihn aus jedem beliebigen Winkel betrachten, die Beleuchtungsrichtung anpassen sowie zwischen der 3D-Ansicht und den gewohnten CT-Bildern wechseln. "Die virtuelle Realität erlaubt es dem Arzt, sich auf sehr intuitive Weise ein Bild zu verschaffen und zu verstehen, was möglich ist", fasst Prof. Philippe C. Cattin die Vorteile zusammen.
 
Abb. 1: Virtual Reality: Mit SpectoVive können Ärzte in einem dreidimensionalen Raum mit dem Körperteil interagieren, der operiert werden soll. (©Universität Basel)
Abb. 1: Virtual Reality: Mit SpectoVive können Ärzte in einem dreidimensionalen Raum mit dem Körperteil interagieren, der operiert werden soll. (©Universität Basel)


"Die brandneue Technologie verwischt auf flüssige Weise die Grenze zwischen körperlicher Welt und computersimulierter Welt. Als Arzt betrachte ich die Bilder meines Patienten nicht mehr nur aus der Vogelperspektive, sondern werde Teil davon und bewege mich als Chirurg in digitalen Welten, die mich auf eine Operation in ungeahnter Detailtreue vorbereiten", beurteilt der Augenarzt Dr. Peter Maloca die neue Technologie.

"Ich habe festgestellt, dass mich diese neuen Welten weiter begleiten und zu einer Neuverschaltung meiner Sensorik geführt haben, was mich zu einem besseren Arzt gemacht hat. Gewinner sind der Arzt, sein Patient und Studierende, die alle teilhaben können an diesen neuen Informationen", so Maloca, der am OCTlab des Universitätsspitals Basel und am Moorfields Eye Hospital in London tätig ist.

Verbessertes Volume Rendering

CT-Bilder lassen sich bereits seit Längerem für eine dreidimensionale Darstellung am Bildschirm umwandeln. Bisher war handelsübliche Hardware aber nicht in der Lage, solche dreidimensionale Volumen in Echtzeit für virtuelle Räume zu berechnen. Besonders herausfordernd war, dass eine störungsfreie Wiedergabe in einer virtuellen Umgebung mindestens 180 Bilder pro Sekunde verlangt – je 90 Bilder für das linke und rechte Auge; ansonsten drohen dem Betrachter Übelkeit oder Schwindel.

Breites Interesse an Innovation

Entwicklungen in der Spieleindustrie und neueste Generationen von leistungsfähiger Standardhardware begünstigten diesen Erfolg, welcher der Medizin den Zugang zu dreidimensionalen Testräumen ermöglicht. Zurzeit führen die Basler Forscher SpectoVive regelmässig Ärzten vor um zu zeigen, welches Potenzial das System hat, und um gleichzeitig die Bedürfnisse der Mediziner besser zu verstehen.

Interesse an der Technik haben bereits auch Museen bekundet: Sie sehen in SpectoVive eine Chance, Besuchern die intuitive und zerstörungsfreie Erkundung des Inneren von Exponaten wie beispielsweise Mumien zu ermöglichen. Großes Potenzial sieht Philippe Cattin, Professor für Image-Guided Therapy an der Medizinischen Fakultät, jedoch vor allem in der Diagnostik, Operationsplanung und medizinischen Ausbildung.

SpectoVive – Teil des MIRACLE-Projekts

Diese Innovation ist Teil des MIRACLE-Projekts, das von der Werner Siemens-Stiftung mit 15,2 Millionen Franken gefördert wird. Ziel des Projekts am Department of Biomedical Engineering ist die minimalinvasive Knochenbearbeitung mittels Laserstrahlen. Die in SpectoVive verwendete Technik soll dereinst bei der Planung eines chirurgischen Eingriffs und bei der Navigation des robotergeführten Lasersystems zur Anwendung kommen.

Quelle: Universität Basel


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