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In Zukunft chirurgische Eingriffe an virtuellen dreidimensionalen Organen trainieren

Mit einer innovativen Softwareplattform können chirurgische Eingriffe an Computermodellen geübt und Experimente durchgeführt werden, wodurch Fehler reduziert und die Krankheitsdiagnostik verbessert werden.

Gesundheit

Millionen Menschen benötigen aufgrund gefährlicher Erkrankungen des Herzens und anderer Organe frühzeitige Diagnosen und dringende medizinische Behandlungen. Die im ärztlichen und chirurgischen Bereich Tätigen müssen ihre Diagnosen schnell stellen und häufig notfallchirurgisch arbeiten. Zur Verbesserung der gängigen Eingriffe müssen die Chirurginnen und Chirurgen an der Medizin zur Verfügung gestellten Leichen lernen, die jedoch nur schwer zugänglich sind. „Im medizinischen Bereich werden verschiedene Aufnahmeverfahren wie etwa Röntgen, Computertomografie, Magnetresonanztomografie und Ultraschall ausgiebig genutzt. Diese Verfahren sind sehr nützlich, um Informationen über die inneren Organe zu erhalten. Die Möglichkeiten für die Beschaffung detaillierter, hochauflösender Informationen über die Organe sind jedoch lückenhaft“, erklärt Riccardo Roggeri (Website auf Italienisch), Direktor und wissenschaftlicher Leiter bei MTM. Das EU-finanzierte Projekt ROG hat nun eine revolutionäre Plattform erschaffen, die virtuelle dreidimensionale Organmodelle kreieren kann, wobei modernste Technologien wie die künstliche Intelligenz sowie die virtuelle und erweiterte Realität zum Einsatz kommen. „ROG wird jene chirurgischen Fehler signifikant verringern, die aus der falschen Auswertung von diagnostischen Aufnahmen resultieren. Die durchschnittliche Dauer eines kardiovaskulären chirurgischen Eingriffs wird um 20 % verkürzt“, sagt Roggeri, Projektkoordinator des Projekts ROG.

Intelligente Algorithmen als Herzstück der Software

Die Plattform beruht auf einer Gruppe von Algorithmen, mit denen zweidimensionale Aufnahmen erfasst und in dreidimensionale Formen umgewandelt werden können. Das Team hat das System bereits an Aufnahmen des Herzens getestet und geprüft, um überaus realistische Modelle mit Auflösungen zu erzeugen, die mehr als zehnfach höher als die mit der heute üblichen medizinischen Bildgebung erzielte Auflösung sind. Mithilfe der innovativen Software können von medizinischen Scan-Geräten aufgenommene Bilder von Organen und Geweben bearbeitet werden. Die resultierenden dreidimensionalen Modelle werden dann im Einsatz in verschiedenen anatomischen Schichten und Regionen analysiert. Das Programm kann sogar selbst Anomalien sowie auch Mutationen und Abweichungen in der Morphologie erkennen. „ROG analysiert die Punktdichte von 3D-Bildern und vergleicht sie mit in einer Datenbank abgelegten Geweben und organischen Strukturen. Auf diese Weise können einige Herz- und Herz-Kreislauf-Probleme, etwa Kalzifikationen und Okklusionen, ganz einfach abgeklärt werden“, ergänzt Roggeri. Auf der Plattform können im Lauf ihrer Nutzung umfangreiche Bibliotheken aus 2D-Bildern sowie auch 3D-Modellen aufgebaut werden. Mithilfe dieser riesigen Datenbank können neue und gestandene Chirurginnen und Chirurgen trainieren und sich weiterbilden. Außerdem bietet sie die Möglichkeit einer stärkeren Sensibilisierung der Patientinnen und Patienten, da sie nun realistische Modelle ihres eigenen Herzens und Herz-Kreislauf-Systems betrachten können. „Auf diese Weise wird der betroffene Mensch stärker in die Phase der Entscheidungsfindung einbezogen und er erfährt mehr über seine Gesundheit“, merkt Roggeri an.

Modellierung für Gegenwart und Zukunft

„Vorerst wurden die dreidimensionalen Organmodelle derart konzipiert und entwickelt, dass sie im chirurgischen Alltag in der präoperativen Phase oder zum Erlernen von Eingriffstechniken in der Chirurgieausbildung eingesetzt werden können“, erläutert Roggeri. Für die nahe Zukunft erhofft sich das Team, durch eine Phase-II-Fortsetzung des Programms mit künstlicher Intelligenz und Blockchain ausgestattete Technologien anwenden zu können, um das ROG-System weiter voranzubringen. „Es wird möglich sein, innerhalb der 3D-Aufnahmen-Datenbank maßgeschneiderte Organe zu erstellen, welche die erkrankten Organe des Betroffenen ersetzen“, erklärt Roggeri. Um dieses Stadium zu erreichen, benötigt das ROG-Team eine riesige Anzahl von Bildern, um die statistische und medizinische Genauigkeit des Systems zu verbessern. „Aus diesem Grund ist die ärztliche und chirurgische Gemeinschaft aus ganz Europa eingeladen, mit ihren Krankenhäusern am Test- und Entwicklungsprogramm der Plattform teilzunehmen“, schließt Roggeri seine Ausführungen.

Schlüsselbegriffe

ROG, Herz, Chirurgie, Chirurginnen, Chirurgen, Modell, 3D, 2D, Bild, künstliche Intelligenz, erweiterte Realität, virtuelle Realität

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