3D-Technologie in der Medizin
Bei der medizinischen Visualisierung werden aus Datensätzen der medizinischen Bildgebung 3D-Bilder mit Hilfe von Computern erzeugt. Auch wenn dieses wissenschaftliche Gebiet noch relativ jung ist, hat die Technologie bereits die Medizin revolutioniert. Unsere moderne Medizin beruht größtenteils auf 3D-Bildgebung mit Magnetresonanztomographen und Computertomographen (CT), die 2D-Schichten in 3D-Bilder umwandeln. Diese Technik wird bei nahezu jeder Operation und Krebsbehandlung in der entwickelten Welt eingesetzt. Obwohl die Medizin 3D-Bildgebungsverfahren nutzt, herrschte bisher große Skepsis unter den Medizinern. Das könnte sich jetzt ändern, denn den Ergebnissen einer neuen Studie zufolge können selbst erfahrene Chirurgen von der dritten Dimension profitieren. Die Studie des Fraunhofer-Instituts für Nachrichtentechnik, Heinrich-Hertz-Institut HHI und des Münchener Klinikums rechts der Isar legt nahe, dass verbesserte Brillen und Bildschirme im praktischen Test die Vorteile brachten, die bisher für 3D in der Medizintechnik nur theoretisch nachgewiesen werden konnten. Forscher zeigten, dass selbst erfahrene Mediziner von den neuesten 3D-Geräten profitieren. "Bei den Medizinern waren es vor allem die Brillen, die oft als störend empfunden wurden", erklärt Dr. Ulrich Leiner, Abteilungsleiter "Interactive Media - Human Factors" am HHI. Und nicht nur "3D mit Brille", sondern auch die brillenlosen Systeme kamen bei der Untersuchung mit etwa 50 Chirurgen gut an. "Auch wenn die Technik noch weiter verfeinert werden muss, werden die Modelle ohne Brille der 3D-Technik im OP-Saal weiteren Schub verleihen", sagte er. Auslöser dieser neuesten Untersuchung sind die jüngsten Technologiesprünge in der 3D-Bildschirmtechnik: Mittlerweile sind auch für den medizinischen Einsatz 4K-Modelle auf dem Markt, die vierfache HD-Auflösung bieten. "Der nächste Schritt ist Ultra-High-Definition mit 8K. Das entspricht der 16-fachen Auflösung aktuell verfügbarer Full-HD-Bilder", verdeutlicht Michael Witte vom HHI den Trend und ist überzeugt: "Dies wird '3D ohne Brille' endgültig zum Durchbruch verhelfen." "Aus Sicht der Forscher war es deshalb an der Zeit, wissenschaftlich fundiert zu testen, ob 3D nun wirklich reif für den sensiblen Einsatz im Krankenhaus ist", sagt er. In der chirurgischen Klinik des Klinikums rechts der Isar ließen sie Chirurgen die neuesten 3D-Geräte testen. Insgesamt mussten die Probanden einen Parcours durchlaufen, der aus vier unterschiedlichen Bildschirmsystemen bestand: 2D, 3D mit und ohne Brille sowie einer Spiegelapparatur, die als "ideales" 3D-Referenzmodell fungierte. Die Bilder lieferten dabei endoskopische Kameras, die die Ärzte während eines nachempfundenen chirurgischen Routineeingriffs verwendeten: Mit Nadel und Faden nähten die Mediziner eine Wunde in einem Bauchhöhlenmodell mit 10 Stichen zu. Der direkte Blick auf die Hände war dabei - wie bei einem minimalinvasiven Eingriff - versperrt, die Mediziner also auf einen Bildschirm angewiesen. "Das Ergebnis war verblüffend: Mit dem brillenbasierten 3D-System reduzierte sich die Dauer der Prozedur um mehr als 15 Prozent. Auch die Präzision nahm deutlich zu. Die Handbewegungen waren zielgerichteter als beim 2D-Modell. Bislang konnte dieser Effekt bei uns erfahrenen Chirurgen meines Wissens noch nicht nachgewiesen werden«, beschreibt Prof. Dr. Hubertus Feußner den Testsieger. Der Chirurg vom Klinikum rechts der Isar kann auf eine über 30-jährige Erfahrung mit mehreren tausend Operationen zurückblicken. "Bisher waren gerade 'Alte Hasen' der 3D-Technik gegenüber sehr skeptisch eingestellt. Nicht nur, dass es kaum erkennbare Vorteile gab, der Blick auf die Bildschirme verursachte bei vielen Kollegen Unwohlsein. Man verließ sich deshalb lieber auf seine Erfahrung", ergänzt Feußners Kollege PD Dr. Silvano Reiser. Auch das brillenlose Modell schlug sich gut und wurde von den Probanden ähnlich gut eingeschätzt wie 2D. "Leider reichte es für das von uns entwickelte System nicht zum ersten Platz. Aber der nach unserem Wissen erste 'harte' medizinische Praxistest war vielversprechend. Wir werden weiter an der zugrunde liegenden Technik, dem 'Eye-tracking' arbeiten. Dabei nehmen Kameras durch Blickverfolgung die exakte Position beider Augen auf. Jedes Auge sieht dadurch ein separates Bild. Der 3D-Effekt stellt sich so ohne Brille ein", erklärt Leiner. Beide Forscher wagen einen optimistischen Ausblick: "Die Studie hat gezeigt, dass 3D mittlerweile ein Thema auch für Chirurgen ist. Das wird die Diskussionen unter den Skeptikern beleben. Jetzt müssen Untersuchungen für andere Disziplinen der Medizin folgen." Zweifellos haben sich die herkömmlichen intraoperativen Verfahren durch die Einführung neuer Technologien in die Chirurgie verändert, und zwar insbesondere in Bezug auf die visuellen Informationen, die dem Operationsteam zur Verfügung stehen. Die direkte Sicht des OP-Tisches wird progressiv durch indirekte visuelle Informationen anhand von optischen Systemen und Bildschirmen ersetzt. Dadurch werden sich letztendlich schnellere nicht invasive Verfahren entwickeln, die eine schnellere Erholung der Patienten ermöglichen.Weitere Informationen sind abrufbar unter: Fraunhofer-Institut für Nachrichtentechnik, Heinrich-Hertz-Institut HHI http://www.fraunhofer.de/de/presse/presseinformationen/2013/Maerz/neue-chance-fuer-3d-in-der-medizin.html
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