Augmented Reality für Präzision im OP

Dr. Michal Hlavac von der Neurochirurgischen Klinik Ulm und Christian Kunz aus dem Team „Heatlh Robotics and Automation" (HERA) des KIT bei der ersten Phantom OP zur Evaluation des Holomed Systems. (Foto: KIT-HERA)

Augmented Reality sorgt beim System Holomed dafür, dass Ärzte im OP Punktionen am Gehirn mit höchster Präzision ausführen können. Jetzt hat am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) mitentwickelte System den mit 20.000 Euro dotierten Innovationspreis NEO 2019 erhalten.

Das vom Institut für Anthropomatik und Robotik des KIT entwickelte System Holomed soll Ärzte unterstützen. Der Fokus liegt dabei auf Punktionen am Gehirn, die beispielsweise bei Hirnblutungen oder Schlaganfällen notwendig sind. Dabei wird angesammelte Flüssigkeit aus dem Gehirn entfernt und so der Druck reduziert. Beim herkömmlichen Verfahren ertastet und vermisst der Chirurg verschiedene anatomische Landmarken. „Die Schwierigkeit besteht darin, dass die Bestimmung des Einstichwinkels oft nur wenige Grad Toleranz zulässt und der Arzt das Ziel nicht direkt visualisieren kann“, sagt Professor Björn Hein, der das Projekt zusammen mit Professorin Franziska Mathis-Ullrich am KIT leitet. Das hat Folgen: Nur etwa 60 Prozent der freihändig durchgeführten Einstiche erreichen eine optimale Position.

OP-relevante Informationen auf die Brille

Hier setzt Holomed an: Eine Augmented Reality-Brille unterstützt den Operierenden dabei, den Einstichpunkt und -winkel der Punktionsnadel zu bestimmen. Die Basis bilden die aktuellen Daten aus der elektronischen Patientenakte und CT- oder MRT-Scans des Patienten. Mithilfe von künstlicher Intelligenz (KI) wird daraus ein Modell erstellt. Dazu werden die tief liegenden, nicht sichtbare Strukturen im Körper genau abgebildet. Der Arzt erhält die operationsrelevanten Informationen eingeblendet. So kann er ortsgenau bestimmen, wie er die Nadel optimal führen muss.

Individuelle Korrekturen möglich

„Wir setzen zur automatisierten Bestimmung dieser Informationen maschinelle Lernverfahren ein. Hierzu wird im ersten Schritt ein segmentiertes 3D-Modell des Kopfes erzeugt, woraus später der Zielpunkt bestimmt wird. Der Arzt kann bei Bedarf aber immer individuell Korrekturen vornehmen“, so Hein. Mit dem System wollen die Wissenschaftler eine innovative, neuartige und kostengünstige Lösung verfügbar machen, die direkten Einfluss auf die Qualität solcher Eingriffe hat. Holomed noch in weiteren Bereichen zum Einsatz kommen. Sobald die Punktion erfolgreich realisiert worden ist, soll das System auch für andere Operationen einsetzbar gemacht werden.