Osamah Choudhry sah auf und entdeckte einen Tumor.
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Der im vierten Jahr in der Neurochirurgie lebende Patient ging behutsam durch einen Konferenzraum in einem Hotel in der Nähe des Langone Medical Center der New York University und legte den Kopf zurück. Es waren keine Deckenplatten, die er untersuchte. Er spähte in ein sperriges schwarzes Headset, das an seinem Kopf befestigt war, und erkundete langsam einen virtuellen Raum. Ein Computerbildschirm auf einem Tisch in der Nähe zeigte seinen Blick für die Betrachter: eine farbenfrohe und auffallend naturgetreue Darstellung eines menschlichen Gehirns.
Mit kleinen Schritten und einem Game-Controller zum Zoomen, Drehen und Winkeln seiner Perspektive flog Choudhry einen Bildschirmavatar um das nachgebildete Gehirn wie eine Figur in einem bizarren, von Fantastic Voyage inspirierten Spiel. Nach zwei oder drei Minuten stillen Lernens sprach er schließlich.
"Wow." Dann mehr Stille.
Choudhry ist kein Fremder für die beeindruckenden technischen Instrumente, die in der Chirurgie eingesetzt werden. GPS-basierte Navigationszeiger zum Verfolgen der Position chirurgischer Instrumente in Bezug auf die Anatomie und 3D-gedruckte Modelle sind gängige Hilfsmittel für Neurochirurgen. Das Gerät, das Choudhry an diesem Tag zum ersten Mal untersuchte, ein HTC Vive Virtual-Reality-Headset, war das nächste Level. Es brachte ihn in den Kopf eines echten Patienten.
Osamah Choudhry, eine an der New York University ansässige Neurochirurgin, macht eine virtuelle Tour durch ein menschliches Gehirn. (Chirurgisches Theater) Hier konnte er nicht nur alle Seiten des lauernden Inselglioms sehen, zoomen, um feine Details zu untersuchen, und herausfliegen, um den weiteren Kontext zu sehen, sondern auch, wie jeder Nerv und jedes Blutgefäß in und durch den Tumor geleitet wurde. Kritische Motor- und Sprechbereiche in der Nähe, blau markiert, signalisieren Flugverbotszonen, die während der Operation sorgfältig vermieden werden sollten. Der Schädel selbst wies einen breiten Ausschnitt auf, der auf die Größe einer tatsächlichen Kraniotomie verkleinert werden kann, eine Öffnung in Groschen- oder Viertelgröße im Schädel, durch die Chirurgen Eingriffe durchführen.
"Das ist einfach wunderschön", sagte Choudhry. „In der Medizin sind wir schon so lange in einer 2D-Welt gefangen, aber darauf verlassen wir uns, wenn wir uns die Schnitte von CT- und MRT-Scans ansehen. Mit dieser Technologie sieht die MRT positiv aus, und wir können die Anatomie in allen drei Dimensionen betrachten. “
Computertomographie (CT) und Magnetresonanztomographie (MRT) sind wichtige Elemente für die Untersuchung des Körperinneren, die Lokalisierung von Krankheiten und Anomalien und die Planung von Operationen. Bisher mussten Chirurgen durch sorgfältiges Studium dieser Scans ihre eigenen mentalen Modelle von Patienten erstellen. Die Surgical Navigation Advanced Platform (SNAP) bietet Chirurgen jedoch eine vollständige dreidimensionale Referenz ihres Patienten.
SNAP wurde vom in Cleveland, Ohio, ansässigen Unternehmen Surgical Theatre entwickelt und ist für das HTC Vive und das Oculus Rift konzipiert, zwei Gaming-Headsets, die der Öffentlichkeit noch nicht zur Verfügung stehen. Das System wurde ursprünglich als zuverlässiges chirurgisches Planungsinstrument konzipiert, aber eine Handvoll Krankenhäuser testen, wie es bei aktiven Operationen eingesetzt werden kann.
Diese Fusion von CT- und MRT-Scans unter Verwendung von SNAP bietet eine klare Sicht auf einen Gehirntumor. (Chirurgisches Theater) Im Wesentlichen ist SNAP eine sehr detaillierte Roadmap, auf die sich Chirurgen beziehen können, um auf dem richtigen Weg zu bleiben. Chirurgen verwenden bereits Live-Video-Feeds von laufenden Verfahren, um ein vergrößertes Bild zu erhalten, auf das sie sich beziehen können. 3D-Modelle auf Computerbildschirmen haben auch die Visualisierung für Ärzte verbessert. Das Headset fügt eine weitere Ebene mit beeindruckenden Details hinzu.
Das Anlegen des Headsets erfordert derzeit, dass ein Chirurg den Eingriff abbricht und neue Handschuhe anzieht. Dabei orientiert sich der Arzt im Detail an einem chirurgischen Ziel und kann mit einem klaren Verständnis der nächsten Schritte und eventueller Hindernisse zum Patienten zurückkehren. Krankes Hirngewebe kann ähnlich aussehen und sich sehr ähnlich anfühlen wie gesundes Gewebe. Mit SNAP können Chirurgen die Abstände und Breiten anatomischer Strukturen genau messen, sodass genau bekannt ist, welche Teile entfernt und welche zurückgelassen werden müssen. In der Gehirnchirurgie spielen Bruchteile von Millimetern eine Rolle.
Warren Selman, Lehrstuhl für Neurochirurgie an der Case Western University, befasst sich mit CT- und MRT-Untersuchungen, die mit der SNAP-Software zusammengeführt wurden. (Chirurgisches Theater) Das Werkzeug hatte einen unwahrscheinlichen Ursprung. Während sie in Cleveland an einem neuen Flugsimulationssystem der US Air Force arbeiteten, bestellten die ehemaligen israelischen Luftwaffenpiloten Moty Avisar und Alon Geri Cappuccino in einem Café, als Warren Selman, der Lehrstuhl für Neurochirurgie an der Case Western University, zufällig einige ihrer Kollegen belauschte Konversation. Eins führte zum anderen, und Selman fragte, ob sie für Chirurgen das tun könnten, was sie für Piloten taten: ihnen eine feindliche Sicht auf ein Ziel geben.
"Er fragte uns, ob wir den Chirurgen erlauben könnten, in das Gehirn zu fliegen, in den Tumor zu gelangen, um zu sehen, wie Werkzeuge zum Entfernen des Tumors eingesetzt werden können, während Blutgefäße und Nerven geschont werden", sagte Avisar. Geri und Avisar gründeten gemeinsam Surgical Theatre, um die neue Technologie zunächst als interaktive 3D-Modellierung auf einem 2D-Bildschirm und jetzt mit einem Headset zu entwickeln.
Die SNAP-Software erstellt CT- und MRT-Aufnahmen und fügt sie zu einem vollständigen Bild des Gehirns eines Patienten zusammen. Mit den Handbedienelementen können Chirurgen neben oder sogar innerhalb des Tumors oder Aneurysmas stehen, das Hirngewebe mehr oder weniger undurchsichtig machen und die optimale Platzierung der Kraniotomie und nachfolgender Bewegungen planen. Die Software kann in nur fünf Minuten ein virtuelles Modell eines Gefäßsystems erstellen. kompliziertere Strukturen wie Tumore können bis zu 20 annehmen.
"Die Chirurgen möchten in der Lage sein, während der Operation einige Minuten anzuhalten und zu sehen, wo sie sich im Gehirn befinden", sagte Avisar. „Sie arbeiten durch eine Öffnung in Cent-Größe, und es ist leicht, die Orientierung zu verlieren, wenn man durch das Mikroskop schaut. Was Sie nicht sehen können, ist was gefährlich ist. Dies gibt ihnen einen Blick hinter den Tumor, hinter das Aneurysma, hinter die Pathologie. “
"Wo war das mein ganzes Leben?" sagt John Golfinos, Lehrstuhl für Neurochirurgie am Langone Medical Center der NYU. (New Yorker Universität) John Golfinos, Vorsitzender der Neurochirurgie am Langone Medical Center der New York University, sagte, dass die realistische visuelle Darstellung eines Patienten durch SNAP einen großen Fortschritt darstellt.
"Es ist ziemlich überwältigend, wenn Sie es zum ersten Mal als Neurochirurg sehen", sagte er. "Sie sagen sich, wo war das mein ganzes Leben?"
Die Begeisterung von Golfinos ist verständlich, wenn Sie die mentale Gymnastik verstehen, die Chirurgen benötigen, um einen Sinn für die medizinische Standardbildgebung zu erhalten. In den 1970er Jahren, als die CT entwickelt wurde, wurden die Bilder zunächst wie auf einem Foto dargestellt: Die rechte Seite des Patienten befand sich links vom Betrachter und umgekehrt. Die Scans können in drei Ebenen durchgeführt werden: von unten nach oben, von links nach rechts oder von vorne nach hinten. Aber dann wurden die Dinge irgendwie durcheinander gebracht. Links wurde links, oben wurde unten. Diese Praxis wurde auf MRT-Scans übertragen. Damit Chirurgen Scans lesen konnten, als wären sie Patienten, die vor ihnen standen, mussten sie in der Lage sein, die Bilder in ihren Gedanken geistig neu zu ordnen.
"Jetzt erkennen die Leute endlich, dass wir den Patienten so simulieren sollten, wie der Chirurg ihn sieht, wenn wir ihn simulieren wollen", sagte Golfinos. „Ich sage meinen Bewohnern, dass die MRT niemals lügt. Es ist nur so, dass wir manchmal nicht wissen, wonach wir suchen. “
An der UCLA wird SNAP in Forschungsstudien verwendet, um Operationen zu planen und anschließend die Wirksamkeit eines Verfahrens zu bewerten. Neil Martin, Vorsitzender der Neurochirurgie, hat dem Surgical Theatre Feedback gegeben, um die gelegentlich desorientierte Erfahrung des Blicks in ein Virtual-Reality-Headset zu verfeinern. Obwohl Chirurgen SNAP während aktiver Operationen in Europa verwenden, wird es in den USA immer noch als Planungs- und Forschungsinstrument verwendet.
Martin hofft, dass sich dies ändern wird, und sowohl er als auch Avisar sind der Meinung, dass dies eine Zusammenarbeit bei Operationen auf internationaler Ebene ermöglichen könnte. Verbunden durch ein Netzwerk könnte ein Team von Chirurgen aus der ganzen Welt einen Fall aus der Ferne mit jeweils einem einzigartig gefärbten Avatar untersuchen und gemeinsam durch das Gehirn eines Patienten gehen. Denken Sie an World of Warcraft, aber mit mehr Ärzten und weniger Erzmagiern.
„Wir reden nicht über Telestrationen auf einem Computerbildschirm, sondern darüber, dass wir uns im Schädel direkt neben einem Tumor befinden, der einen Durchmesser von 3 Metern hat. Sie können die Bereiche des Tumors markieren, die entfernt werden sollen, oder mit einem virtuellen Instrument den Tumor abschneiden und das Blutgefäß zurücklassen “, sagte Martin. „Aber um wirklich zu verstehen, was es zu bieten hat, muss man das Headset aufsetzen. Sobald Sie dies tun, werden Sie sofort in eine andere Welt versetzt. “
Mit SNAP des in Cleveland ansässigen Unternehmens Surgical Theatre erhalten Chirurgen eine dreidimensionale Ansicht ihrer Patienten. (Kredit: Chirurgisches Theater)An der New York University hat Golfinos mit SNAP nach Wegen gesucht, wie er knifflige Abläufe angehen kann. In einem Fall, in dem er ein endoskopisches Instrument für die beste Methode hielt, half ihm SNAP zu erkennen, dass es nicht so riskant war, wie er dachte.
"Auf einem 2D-Bild ist es einfach nicht möglich, die gesamte Flugbahn des Endoskops zu sehen", sagte Golfinos. „In 3D können Sie jedoch erkennen, dass Sie unterwegs nicht gegen Dinge stoßen oder in der Nähe befindliche Gebäude verletzen. Wir haben es in diesem Fall benutzt, um zu sehen, ob es überhaupt möglich ist, [den Tumor] mit einem starren Endoskop zu erreichen. Es war und wir haben es getan, und die 3D hat die Entscheidung für einen Fall getroffen, der sich als wunderschön herausgestellt hat. “
Patientenaufklärung ist ein weiterer Bereich, in dem Choudhry den Vive oder Oculus Rift für äußerst nützlich hält. In einer Zeit, in der viele Patienten ihre Hausaufgaben machen und mit Fragen bewaffnet sind, sagte Choudhry, dies könne helfen, eine bessere Verbindung zwischen Patient und Chirurg herzustellen.
"Manchmal verbringe ich Minuten damit, die CT- oder MRT-Untersuchung zu erklären, und es dauert nicht lange, bis Sie sie verlieren", sagte Choudhry. „Die 3D-Darstellung ist intuitiv und Sie wissen genau, worauf Sie achten. Wenn der Patient sich mit dem, was Sie ihm sagen, wohler fühlt, ist die allgemeine Pflege besser. “
Martin stimmt zu. Während er sagt, dass ungefähr ein Drittel der Patienten die groben Details nicht sehen möchte, sind viele bestrebt, mehr zu erfahren.
"Wir können ihnen zeigen, wie ihr Tumor aussieht, und sie können umfassend darüber informiert werden, was passieren wird", sagte Martin. "Einige Leute sind sehr an technischen Details interessiert, aber nicht jeder möchte dieses Maß an Engagement."
Letztendlich glaubt Choudhry, dass eine Technologie wie SNAP ein Zugang zu noch weiter fortgeschrittenen Anwendungen für die Digitalisierung im Operationssaal ist. Ein transparentes Headset, das eher einer Laborbrille gleicht, sei wendiger und ermögliche eine erweiterte Realität, beispielsweise eine 3D-Überlagerung, für den echten Patienten.
Derzeit ist die virtuelle Realität laut Golfinos ein wertvolles Instrument und trägt zur Verbesserung der Versorgung auf dem gesamten Gebiet bei, insbesondere in der Neurochirurgie, wo genaue Kenntnisse der Anatomie erforderlich sind.
"Wir haben diese Technologie und wollen, dass sie das Leben aller verbessert", sagte er. „Es verbessert die Sicherheit und für unsere Patienten ist das das Beste, was wir tun können.
