Augmented-Reality-Brillen eröffnen dem Nutzer eine neue Welt. Bisher vor allem in der Industrie genutzt, finden sie nun Einzug in die Chirurgie. Ein Blick in die Zukunft, die vielleicht gar nicht mehr so weit entfernt ist.
Umziehen, desinfizieren, konzentrieren – eine Operation einer Totalendoprothese der Hüfte steht im Kölner St. Franziskus-Hospital an. Der Weg in den OP ist für Dr. Klaus Schlüter-Brust Routine. Der Plan steht, das Vorgespräch mit dem Patienten hat stattgefunden. Und doch: Auch wenn jede Operation individuell ist, ist diese noch einmal besonders. Denn ein kleiner Helfer kommt zum Einsatz. 566 Gramm Gewicht bringt er auf die Waage und mit sich ein enormes Potenzial, wie der Chirurg sagt: die Augmented-Reality-Brille (AR-Brille). Sie kann zur Vorbereitung von Operationen, während des Eingriffs selbst und postoperativ genutzt werden. Während die AR-Brillen beispielsweise in der Industrie oder beim US-Militär schon häufiger zum Einsatz kommen, steckt die Technologie für medizinische Zwecke noch in den Kinderschuhen und wird erst an wenigen Häusern in Deutschland genutzt.
Erweiterte Realität
Die augmentierte Realität (Augmented Reality), die bei Operationen zum Einsatz kommt, darf nicht mit der virtuellen Realität verwechselt werden. Letztere kennt man vor allem aus dem Gaming-Bereich, beispielsweise von „Pokémon Go“. Der Nutzer schaut auf einen Monitor: Objekte hinter der Kamera sieht man nicht, sondern nur, was vom Kamerabild gespiegelt wird. Augmented Reality funktioniert wie eine herkömmliche Brille, man sieht komplett hindurch. Die Bilder werden direkt auf die Netzhaut projiziert. Das Gehirn denkt so, Objekte seien wirklich da. Die Welt, die man sieht, wird also erweitert.
Schlüter-Brust tritt an den OP-Tisch – alles ist vorbereitet. Mit einem Klick eröffnet er die erweiterte Realität, das Hüftgelenk des Patienten erscheint und schwebt im Raum. Nur der Chirurg kann es durch die Brille vor sich sehen. Jedes Detail, jede anatomische Besonderheit ist erkennbar. Noch ein prüfender Blick: drehen, ranzoomen, alles ist möglich. Die betroffene Stelle des Gelenks ist farblich markiert. Das Abbild kann Schlüter-Brust originalgetreu über das Gelenk des Patienten legen, ergänzend dazu Patientendaten abrufen.
Die Bilder stammen aus bereits bekannten Bildgebungsverfahren wie der Computertomografie (CT) oder der digitalen Volumentomografie. Mit diesen 3-D-Aufnahmen konnte der Eingriff im Vorfeld bis ins kleinste Detail geplant werden, sagt Schlüter-Brust. Mit diesen rekonstruiert er das Objekt für den 3-D-Drucker. Für Lehre und Ausbildung seien die Objekte ebenfalls sinnvoll, aber auch zur Patientenaufklärung. Zudem könne der Gelenkersatz viel genauer ausgewählt werden. „Das ist eine ganz andere Form der präoperativen Messung, das ist wie ein kleiner Quantensprung, wenn man statt mit einem 2-D-Röntgenbild dreidimensional plant. Es sind viel mehr Informationen enthalten“, erklärt Schlüter-Brust. Inzwischen verwendet er die AR-Brille für rund 20 Prozent der Eingriffe, Tendenz steigend. Zur Vorbereitung kommt sie noch häufiger zum Einsatz. Die ersten Schritte Richtung erweiterte Realität im OP liefen am Kölner St. Franziskus-Hospital 2019 – zunächst am Kunstknochen. Im Januar dieses Jahres wurde die erste Totalendoprothese der Hüfte holografisch assistiert eingesetzt.
Die OP-Planungen mit AR-Brille seien aufwendiger, sagt Schlüter-Brust. Während des Eingriffs spare er jedoch Zeit, auch weil er die benötigten Bilder direkt am Patienten abrufen kann. Ein weiterer positiver Effekt: Auch Material wird gespart. Bislang würden 80 Prozent der Instrumente ungenutzt wieder sterilisiert werden. So könnten Aufwand und Kosten eingespart werden. Vorrangig sei für Schlüter-Brust die Patientensicherheit durch die höhere Genauigkeit und bessere Auswahl der Implantate. Die Lehre und Ausbildung ist nicht nur für angehende Chirurgen relevant, sondern auch für das weitere Personal im OP. Pflegefachpersonen könnten, während sie die Brille tragen, dank der künstlichen Intelligenz direkt zum richtigen Instrument greifen. Die fünf Kameras der HoloLens scannen permanent die Umgebung, ein Pfeil zeigt dann an, wie das entsprechende Instrument heißt. Voraussetzung ist jedoch neben dem Tragen der Brille, dass der OP-Tisch immer gleich gedeckt ist.
Eingriffe am Herzen sind denkbar
Auch im Sana Klinikum Berlin-Lichtenberg wird die Technologie genutzt. Im vergangenen Jahr wurde dort erstmals eine Operation am Herzen mittels AR-Technologie durchgeführt. Auf diese Weise könnten künftig zum Beispiel Herzschrittmacher eingesetzt werden. Während des Eingriffs ist jedes noch so kleine Detail des sensiblen Organs, das schlägt und immer in Bewegung ist, erkennbar. Für Dr. Olaf Göing, Kardiologe und Chefarzt der Klinik für Innere Medizin II im Sana Klinikum Berlin-Lichtenberg, ist die Brille ein zusätzliches Add-on – die Abläufe während der Operation bleiben identisch.
Aufmerksam geworden ist er auf die Technik durch einen HoloLens-Kurs von Radiologen in Stanford. Die ersten Augenblicke mit der Brille bei einem internationalen Healthcare Meeting waren für ihn überwältigend. Jeder, der die Brille aufsetzt, sei begeistert. Dennoch: „Man kann nicht einfach die Brille aufsetzen und die Welt entdecken. Man muss lernen, damit umzugehen“, sagt der Kardiologe. Einer der nächsten greifbaren Schritte sei, das Tool für die Patientenaufklärung zu nutzen. Man könne dem Patienten genau zeigen, wo die Schwachstelle am Herzen ist und den Eingriff demonstrieren. Bislang konnten jedoch weniger Eingriffe mittels AR-Brille durchgeführt werden, als sich der Kardiologe gewünscht hat – Corona hat seine Spuren hinterlassen. Das Ziel bleibt dennoch vor Augen: „Wir dürfen die Perspektive nicht verlieren. Die Menschen werden älter, sie werden nicht gesünder. Die Herz-Kreislauf-Medizin wird dominanter, das ist unser Fokus.“
Ortsunabhängige Expertise
Der Nutzen der Brille geht auch für ihn über den OP hinaus. So kann sich ein weiterer Mediziner mittels AR-Brille ortsunabhängig in den OP „schalten“. „Er sieht dank der Brille dreidimensional, was ich sehe“, sagt Olaf Göing. Mittels Avatar ist der Kollege, zumindest für die AR-Brillenträger, sogar im OP anwesend, er steht dreidimensional am Tisch.
Für die Anwendung ist neben der Brille auch die entsprechende Software notwendig. Hinter der Nutzung steht einiges an Rechnerleistung und Algorithmen, weiß Bernd Christoph Meisheit, Geschäftsführer der Sana IT Services. Das Aufspielen einer Datei auf die Brille sei nicht das Problem, vielmehr die Erstellung. Doch dank kontinuierlichem Feedback entwickelt sich die Technik nahezu in Echtzeit. Mit einem Preis von derzeit rund 3.800 Euro allein für die Brille seien die Anschaffungskosten vergleichsweise gering. Hinzu kommen Kosten für die jeweilige Software.
„Am Anfang dürfen solche Innovationen auch nicht zu teuer sein, damit der Start möglich ist“, sagt Göing. Die Wirtschaftlichkeit dürfe zu Beginn dennoch nicht im Vordergrund stehen, denn ein Konzern müsse immer die Mittel für Innovationen haben. Letztlich geht es auch um den Wettbewerb, nicht nur in Digitalisierung, sondern auch in Entwicklung der Medizin. Trotz verhältnismäßig niedriger Anschaffungskosten wird die Technik noch wenig genutzt. Viele Chirurgen hätten Berührungsängste und scheuen die Technologie, da „analoge“ Operationen funktionieren. Das Interesse sei ihnen schwer nahezubringen, denn selbst beim CT würden sie lieber einzelne Schichten anschauen als das dreidimensionale Objekt, so Schlüter-Brust.
Tragen der Brille ist Belastung
Prof. Dr. Dirk Wilhelm, Chirurg an der TU München und Mitglied im Berufsverband der Deutschen Chirurgen, sieht ein hohes Potenzial in der Brille. Die Akzeptanz sei jedoch in der Regel gering, da das Tragen der Brille auch als Belastung angesehen wird. Auch eine mögliche Informationsüberflutung könne ein Risiko sein. „Die Möglichkeit, zusätzlich Infos und Daten einzublenden, kann eine gute Unterstützung für die navigierte Chirurgie sein. Sie können aber auch eine Ablenkung von der Operation bedeuten“, sagt er. Sie müssten so gut strukturiert sein, dass sich der Chirurg zu 100 Prozent auf seine Arbeit konzentrieren kann.
Wie gut sich die Brillen bewähren, wird die Zukunft zeigen. Klaus Schlüter-Brust ist sich jedoch sicher, dass die Zukunft im OP holografischer wird. Die Technik entwickelt sich rasant. 2014 gab es die HoloLens noch nicht, dementsprechend keine Literatur zu dem Thema. Seit 2018 sei das schlagartig angestiegen. „Je mehr Daten da sind, desto sicherer können wir die Brille im OP einsetzen“, sagt der Chirurg. Vieles war vor einigen Jahren oder sogar Monaten noch nicht denkbar. So war die Integration von Echokardiografie im Januar 2020 noch nicht möglich, inzwischen schon. „Da sieht man, wie schnell es geht“, sagt Olaf Göing. Auch Bernd Christoph Meisheit ist überzeugt, dass sich die Technik in den nächsten Jahren rapide entwickeln wird. „Das, was wir heute im Hintergrund an Rechenleistung haben, wird in Zukunft über die Technik in der Brille möglich sein“, so Meisheit.
