Virtuelle Medizin – VR und AR im klinischen Bereich

Spätestens seit dem Verkaufsstart verschiedener VR-Brillen sollte AR (Augmented Reality) und VR (Virtual Reality) den meisten technikaffinen Menschen ein Begriff sein. Diese Technologien sind allerdings nicht auf bestimme Bereiche (Unterhaltungselektronik, Werbung, etc.) eingeschränkt, sie können auch in der Medizin eine wichtige Rolle spielen.

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„AR und VR in der Medizin? Wie und vor allem wozu soll das gut sein?“ werden sich die meisten jetzt fragen. Doch wenn man sich die Verwendung von AR und VR heutzutage ansieht, kommt man schnell darauf, dass diese Technologien einem das Leben erleichtern können. Sei es beim Autofahren als HUD (head-up-display), um den Blick nicht von der Straße abwenden zu müssen, oder als hilfreiche Einblendungen bei Sportübertragungen, z.B. die Weltrekord-Linie beim Schwimmen. Warum sollen sie also nicht auch z.B. einem Chirurgen helfen?

VR in der Chirurgie

In den USA gibt es bereits Verfahren und Möglichkeiten, mittels CT (Computertomographie) und MRT (Magnetresonanztomographie) aufgezeichnete Bilder in ein vollständiges virtuelles Modell des Gehirns zu verwandeln. Diesen Vorteil nutzen Neurochirurgen, um ihre OPs zu planen und durchzuführen. Per VR Brille kann sich der Arzt vorab seinen Weg durch das Hirn planen und so die Operation mit wesentlich weniger Umwegen durchführen. Durch bisherige Vorbereitungsmethoden nicht feststellbare Komplikationen oder auftretende Schwierigkeiten können so schon vorher betrachtet und umgangen werden. Man bekommt einen besseren Einblick in den Kopf der Patienten und etwaige Krankheiten können schneller und präziser festgestellt werden.

VR Medizin

Einen größeren Schritt stellt die komplette Umstellung auf VR Operationen dar. Der Arzt kommt mit Patient nicht mehr direkt in Kontakt. Per Roboter wird operiert, der Arzt kontrolliert den Roboter. Über die VR Brille kann der Chirurg alles sehen was der Roboter „sieht“ und so schnell und einfach auf unvorhersehbare Situationen reagieren. Diese Technik wird bereits in vielen Operationssälen erfolgreich verwendet. Am 14.04.2016 wurde sogar eine komplette OP mittels 4K-Kameras live ins Internet übertragen, wo User mit einer VR-Brille alles mit verfolgen und sich frei im OP-Saal bewegen konnten.

Einen weiteren großen Fortschritt stellt die Verwendung eines CAM-C dar. CAM-C steht für „camera Augmented mobile c-arm“. Ein C-Arm ist ein C-förmiger Bogen mit einer Röntgen-Kamera sowie einer Videokamera. Der Arzt markiert auf dem Röntgenbild die zu behandelnde Stelle, welche dann mit dem Bild der Videokamera überlagert wird. Per Monitor kann der Chirurg jederzeit verfolgen, wie weit er sich in Relation zur angezeichneten Position befindet. Aufgenommen wurden diese Bilder bisher mit einer Röntgen-Kamera, die bis zu 12 Bilder pro OP macht, was jedoch nicht nur für den Patienten, sondern auch für das gesamte OP-Team eine hohe Strahlenbelastung darstellt. Mittels AR kann diese reduziert werden. Per Kamera wird dasselbe Bild der Röntgen-Kamera aufgenommen. Man kann jederzeit verfolgen, wo sich die Instrumente befinden. Im besten Fall benötigt man eine einzelne Röntgen-Aufnahme, die Strahlenbelastung sinkt drastisch.

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AR als Lernhilfe

Eine weitere, wenn auch für die praktische Medizin nicht so hilfreiche Verwendung von AR, ist die Möglichkeit mithilfe der Microsoft Kinect Kamera die Anatomie des Menschen zu erlernen. Wiederum werden mittels CT Aufnahmen des Körpers gemacht, welche dann virtuell über den Körper gelegt werden. Neben der Kamera steht ein Bildschirm, der das aufgenommene Bild der Kinect Kamera und das Overlay aus dem CT wiedergibt. Besonders für die Aus- und Weiterbildung von Ärzten, Pflegepersonal und weiteren im medizinischen Bereich tätigen Personen hilfreich.

Ebenfalls hilfreich bei der Ausbildung können VR Brillen im Psychotherapeutischen Bereich sein. Das Problem stellt das Einfühlungsvermögen des Therapeuten dar. Wie weit kann man sich in den Patienten „hineindenken“ um ihm bei der Behandlung zu helfen. Mittels VR werden Situationen erschaffen, die die Situation und Sichtweise des Patienten wiederspiegelt und der Therapeut kann sich so besser vorstellen, wie es dem Patienten geht und so natürlich auch bessere Behandlungen durchführen.

AR und VR in der (physio-) Therapie

Noch weiter entfernt vom klinischen Alltag, jedoch auch schon in diversen Feldversuchen getestet, ist die Möglichkeiten mittels VR Therapien durchzuführen. In Stanford gibt es Versuche, Patienten in kleinen Schritten ihren Ängsten virtuell auszusetzen, um so ihre Phobien zu behandeln. Per VR-Headset werden die Patienten in eine ihnen unangenehme Lage gebracht, um sie langsam zu desensibilisieren. Um Arachnophobie (die Angst vor Spinnen) zu heilen, wird man einem Raum ausgesetzt, in dem sich virtuelle Spinnen tummeln. Klaustrophobie lässt sich durch Fahrten in einem Fahrstuhl ebenso behandeln wie Höhenangst.

Natürlich wäre das ohne VR auch möglich, jedoch wesentlich kostenintensiver bzw. aufwändiger. Studien beschäftigen sich schon damit, wie wirkungsvoll eine Heilung per Virtual Reality sein kann. Teilweise werden besser Ergebnisse als bei „in vivo“ Therapien („im echten Leben“) festgestellt. Kleine Nebenwirkungen des Abtauchens in die virtuelle Welt gibt es jedoch noch. Beim „Reisen“ durch die virtuelle Realität erkrankt ca. jeder zehnte an echter Reisekrankheit.

Eine weitere Form der Therapie wird für Menschen mit Amputationen und den daraus folgenden Phantomschmerzen angeboten. Phantomschmerzen sind Schmerzreize, welche in den amputierten Gliedern auftreten und theoretisch nicht mehr auftreten dürften. Um diese Schmerzen zu lindern, werden die Patienten vor einen Bildschirm gesetzt. Am Stumpf werden über EMG(Elektromyografie)-Elektroden die Reize, die das Gehirn zum Bewegen des nicht mehr vorhandenen Arms sendet, abgegriffen und der Patient sieht sich am Bildschirm mit 2 gesunden Armen. Mit Trainings kann der Patient üben, seinen virtuellen Arm vollständig zu bewegen und die Hand zu öffnen und zu schließen.
Zu den Schmerzen kommt es, weil das Gehirn den fehlenden Arm nicht sofort realisiert. Um den Umbau im Kopf einfacher zu gestalten, werden die fehlenden Gliedmaßen virtuell nachgebildet.

Auch wenn bei den Wörtern „Augmented reality“ und „Virtual reality“ derzeit noch hauptsächlich an die Unterhaltungselektronik gedacht wird (bestes Beispiel: Pokemon GO), so zeichnet sich in der Medizin in dieser Hinsicht schon großer Fortschritt ab. Bald werden die Chirurgen ihre Patienten vielleicht nur noch mit einem VR Headset begrüßen, virtuelle Spinnen werden jemanden von seiner Angst vor ihnen heilen und Aus- und Fortbildung für Ärzte und Medizinstudenten wird einfacher und günstiger verfügbar sein. Man muss nur abwarten, wie schnell diese technischen Fortschritte in der Medizin aufgenommen werden und was uns in Zukunft noch alles in dieser Hinsicht erwartet.

 

Bildquellen

Bild 1: VR OP | Foto: Doris Herrmann/TUM | Quelle
Bild 2: Cam-C | Quelle
Bild 3: Spinnentherapie | Foto: IgnisVR.com | Quelle