Übung macht den Meister

Der Chirurg untersucht das Gesicht eines Teenagers, dessen Oberkiefer und Wange vor Jahren durch Krebs zerstört wurden. Er hebt seine behandschuhte rechte Hand und zeigt auf einen Bereich direkt unter einem der Augen des Patienten. Wie von Geisterhand erscheint ein Schnitt in der Wange des Jungen, der den Gewebe- und Knochenbereich freilegt, der wieder aufgebaut werden soll. Der Chirurg zeigt erneut und beginnt mit einem komplizierten Verfahren zur Transplantation von Knochen und Gewebe von der Hüfte des Jungen in sein Gesicht.

In der Vergangenheit mussten plastische Chirurgen im Operationssaal sein, um Verfahren wie diese auszuprobieren. Jetzt verwenden einige ein experimentelles Computervisualisierungstool namens Immersive Workbench, das von Forschern der Stanford University und dem NASA Ames Research Center entwickelt wurde, um schwierige Operationen zu planen und zu üben. Das Softwareprogramm kombiniert Daten aus CT-Scans, Magnetresonanzbildern und Ultraschall zu hochauflösenden Bildern einzelner Patienten und zeigt diese in einer virtuellen Umgebung an.

Schach ist zu einfach

Diese Geschichte war Teil unserer März-Ausgabe 1998



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Im Gegensatz zu anderen Softwaretools, die entwickelt wurden, um die Ergebnisse der plastischen Chirurgie zu visualisieren, die auf standardmäßigen physischen Modellen von Männern und Frauen basieren, generiert die Immersive Workbench Bilder, die die spezifischen Deformitäten oder Verletzungen bestimmter Patienten darstellen. Der neueste Prototyp der Software geht noch einen Schritt weiter und lässt Ärzte mit Raupenbrille und Spezialhandschuhen in schneller Abfolge spezifische Operationszugänge testen, um zu sehen, welche die besten Ergebnisse bringen.

Die ganze Idee besteht darin, mit der virtuellen Umgebung so interagieren zu können, wie Sie mit einem Patienten im wirklichen Leben interagieren – auf eine Weise, die für den Benutzer fast keine Schulung erfordert, sagt Projektleiter Dr. Michael Stephanides von der Abteilung der Stanford University der Plastischen Chirurgie.

spürst du Beschleunigung im Weltraum

Das Projekt begann 1991, als Stanford-Forscher begannen, zweidimensionale grafische Darstellungen von Patienten aus Bilddaten zu entwickeln. Vor drei Jahren bat Stephanides die NASA Ames, eine ausgeklügelte Software zum Erstellen dreidimensionaler Patientenporträts aus Daten zu entwickeln, die in CT-Scans gesammelt wurden. Zu dieser Zeit verbrachten die Ingenieure der NASA Ames die meiste Zeit damit, Visualisierungen biologischer Systeme für weltraumbezogene Anwendungen zu erstellen, aber die Zusammenarbeit des Labors mit Stanford hat zur Gründung des Biocomputation Center der NASA Ames geführt, einem neuen nationalen Zentrum für die Forschung in virtuellen Umgebungen zur OP-Planung.

Die plastische Chirurgie stellt Software-Ingenieure und Mediziner bei der Entwicklung von Virtual-Reality-(VR)-Tools vor eine besondere Herausforderung, da computergestützte Darstellungen von Patienten fast genau so aussehen müssen, wie sie in der realen Welt aussehen. Es sei keine leichte Aufgabe, menschliche Körperteile in der nötigen hohen Auflösung darzustellen, sagt Kevin Montgomery, der Leiter der an diesem Projekt beteiligten NASA-Ames-Gruppe. Laut Montgomery enthält ein 3D-Rendering eines menschlichen Gesichts und Kopfes 8 Millionen winzige Bildscheiben, die mit einer Geschwindigkeit von 10 Bildern pro Sekunde aktualisiert werden müssen. Infolgedessen mussten die Forscher der NASA Ames ausgeklügelte Wege finden, um viele der Rohdaten von Patientenbildern zu verwerfen. Dennoch ist es der Gruppe um Montgomery gelungen, hochaufgelöste Bilder zu erstellen, die so subtile Merkmale wie kleine Geweberippen, den Eindruck einer Vene unter der Haut auf einer menschlichen Kopfhaut und die feinen Details des Innenohrs eines Patienten zeigen.

Mit der Immersive Workbench haben Ärzte bereits rund 15 Operationen geplant, bei denen knöcherne Defekte im Gesichts- und Schädelskelett rekonstruiert werden. Montgomery und Stephanides warnen jedoch davor, dass sich das Tool noch im experimentellen Stadium befindet. Sie erwarten den klinischen Einsatz in drei bis fünf Jahren, wenn die nächste Generation von Prozessoren und Grafikkarten Desktop-Computer im Wert von 10.000 US-Dollar so schnell und leistungsstark macht wie die grafischen Workstations im Wert von 100.000 US-Dollar, die jetzt zum Ausführen der Software benötigt werden. Bis dahin hoffen die Forscher, das Programm zu verbessern, indem sie eine intuitivere grafische Benutzeroberfläche erstellen, virtuelle chirurgische Instrumente genauer darstellen und die Möglichkeit entwickeln, Patientenbilder nahezu in Echtzeit zu aktualisieren, während Ärzte ihre Verfahren üben.

Wenn die Hardwarekosten kein limitierender Faktor mehr sind, glaubt Stephanides, dass die VR-Technologie die derzeitigen Methoden der Operationsplanung ersetzen und ein wichtiges Instrument für die Ausbildung von Ärzten an medizinischen Fakultäten werden wird.

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