Bei chirurgischen Eingriffen geht es um Menschenleben, da darf es keine Fehler geben. Deshalb ist eine angemessene chirurgische Ausbildung im Medizinstudium unerlässlich. Herkömmliche Lernmethoden haben jedoch ihre Grenzen, und hier sind innovative Lösungen gefragt. Extended Reality (XR) ist eine davon — sie bietet immersive Umgebungen, die die Art und Weise verändern, wie die Chirurgen lernen und sich auf Operationen vorbereiten. In diesem Artikel erörtern wir, wie XR das Selbstvertrauen von medizinischen Fachkräften stärkt und die chirurgische Ausbildung revolutioniert.

Was ist Extended Reality in der chirurgischen Praxis?

Einfach ausgedrückt ist XR in der Chirurgie eine Spitzentechnologie, die Virtual Reality (VR), Augmented Reality (AR) und Mixed Reality (MR) kombiniert, um interaktive simulierte Umgebungen für die chirurgische Ausbildung und zur Verbesserung intraoperativer Verfahren zu schaffen.

Hier finden Sie ein Überblick über die Funktionsweise der XR-Komponenten:

  • Virtual Reality: Mit VR tauchen die Nutzer vollständig in eine digitale Welt ein. In der chirurgischen Ausbildung bedeutet dies, Operationen in einem vollständig simulierten Operationssaal zu üben. Die medizinischen Fachkräfte und Studenten können an virtuellen Patienten und 3D-Modellen von Organen operieren.

  • Augmented Reality: AR überlagert digitale Elemente mit der realen Welt. Bei minimalinvasiven Eingriffen können mithilfe von AR patientenspezifische Bilddaten (CT, MRT) direkt auf den Körper des Patienten projiziert werden, um die Platzierung der Instrumente zu steuern und die Präzision zu verbessern. AR ermöglicht es Chirurgen auch, 3D-Modelle von Organen zu manipulieren und Techniken zu üben, während sie sich ihrer realen Umgebung bewusst sind.

  • Mixed Reality: MR geht noch einen Schritt weiter und verschmilzt die virtuelle mit der realen Welt, indem digitale Elemente in Echtzeit mit der realen Umgebung interagieren. Stellen Sie sich vor, Sie tragen während einer Operation eine VR-Brille und sehen ein holografisches 3D-Overlay der Anatomie des Patienten, das direkt auf seinen Körper projiziert wird. Dadurch erhalten die Chirurgen eine klare und verbesserte Visualisierung des Operationsfeldes. Dies ist besonders bei komplexen Eingriffen hilfreich, die eine präzise Navigation erfordern.

Grenzen der traditionellen chirurgischen Ausbildung

Traditionelle chirurgische Ausbildungsmethoden, wie das Lernen durch Beobachtung oder das Training an Leichen, bilden seit langem die Grundlage der chirurgischen Ausbildung. Sie sind jedoch oft nicht in der Lage, reale Szenarien abzubilden, und lassen die Studierenden unvorbereitet zurück. Lassen Sie uns die Grenzen traditioneller Ansätze untersuchen, die den wachsenden Bedarf an innovativen Ansätzen wie Extended Reality in der medizinischen Praxis zeigen:

Mangel an praktischer Erfahrung

In den meisten Fällen der traditionellen chirurgischen Ausbildung verbringen die Studenten viel Zeit damit, erfahrenen Chirurgen bei der Arbeit zuzusehen. Dies ist wertvoll, um den Ablauf einer Operation zu verstehen, bringt den Studierenden aber nur wenig praktische Erfahrung. Sie können zwar gelegentlich assistieren, aber Zuschauen ist nicht dasselbe wie Operieren. Daher fühlen sich junge Chirurgen oft unsicher, wenn sie ihre ersten Operationen allein durchführen müssen, insbesondere in kritischen Situationen, in denen schnelle Entscheidungen getroffen werden müssen.

Inkonsistente Behandlung seltener Fälle

Eines der größten Hindernisse in der chirurgischen Ausbildung ist der Mangel an Erfahrung mit seltenen oder ungewöhnlichen Fällen. Die Studierenden sind durch die Fälle, die sie im Rahmen ihrer medizinischen Ausbildung kennen lernen, eingeschränkt. Ein Student kann viele Blinddarmoperationen durchführen, kommt aber nie mit einer komplexen Pankreasresektion oder einer seltenen angeborenen Anomalie in Berührung. Diese Inkonsistenz hinterlässt Lücken in seinen Fähigkeiten und erschwert die spätere Bewältigung ungewöhnlicher chirurgischer Fälle.

Begrenzte Möglichkeiten für präoperatives Training

Bis vor kurzem bestand die präoperative Planung hauptsächlich aus dem Studium von Bildgebungsdaten, Patientenakten und Diagnoseergebnissen. Dieser Ansatz ermöglicht es den Ärzten jedoch nicht, ein spezifisches Verfahren für einen bestimmten Patienten, den sie operieren wollen, zu trainieren. Ein Chirurg, der sich beispielsweise auf eine komplexe Tumorresektion vorbereitet, kann zwar die Scans studieren, aber die Schritte, die mit der Navigation zu den kritischen Strukturen verbunden sind, nicht physisch üben. Ohne die Möglichkeit, die Operation virtuell zu simulieren, ist es schwieriger, präzise Schnitte zu setzen und mögliche Komplikationen vorherzusehen.

6 Wege, wie XR die chirurgische Ausbildung verbessert

XR bietet innovative Lernmethoden, die die Grenzen der traditionellen chirurgischen Ausbildung überwinden. In diesem Abschnitt erfahren Sie, wie Extended Reality die chirurgische Ausbildung intelligenter und sicherer macht:

Verbesserung des räumlichen Verständnisses

Traditionelles Lernen von Anatomie basiert oft auf 2D-Darstellungen, die das räumliche Verständnis von Chirurgie-Studenten einschränken. XR bietet interaktive anatomische 3D-Modelle, die von den Studenten manipuliert und erkundet werden können, um ein tieferes Verständnis der räumlichen Beziehungen zu entwickeln, die für die chirurgische Planung entscheidend sind.

Die Apps wie VOKA 3D Anatomy and Pathology nutzen Augmented Reality, um diese 3D-Modelle mit realen Objekten zu überlagern. Dadurch werden die räumliche Visualisierung und die anatomischen Lokalisierungsmöglichkeiten weiter verbessert.

Lernumgebungen in virtueller Realität

Für Berufsanfänger kann es überwältigend sein, zum ersten Mal einen Operationssaal zu betreten — komplexe Geräte, eine anstrengende Atmosphäre und ein Team, das perfekt zusammenarbeiten muss. VR hilft den Studierenden, sich mit dieser Umgebung vertraut zu machen, noch bevor sie einen echten Operationssaal betreten.

Mit fortschrittlichen Plattformen wie Surgical XRkönnen die Studierenden einen vollständig simulierten Operationssaal betreten, aus einer umfangreichen Bibliothek jedes beliebige Verfahren auswählen und lernen, die Abläufe eines Operationsteams zu steuern. Es ist wie eine Probe, bei der sie ihre Fähigkeiten verfeinern und Selbstvertrauen gewinnen können, ohne Angst vor Fehlern zu haben. Ein solcher Ansatz ist für die Entwicklung eines technischen und situativen Bewusstseins von unschätzbarem Wert.

Verfügbarkeit verschiedener Fälle

Jeder Patient ist einzigartig, daher müssen die Studenten mit verschiedenen Fällen konfrontiert werden, um sich auf möglichst viele Szenarien vorzubereiten. Die XR-Ausbildung in der Medizin hilft den Studenten, Problemlösungsfähigkeiten zu entwickeln und sich an unerwartete Situationen anzupassen.

XR bietet Zugang zu einer breiteren Palette von Fällen als normalerweise in der Ausbildung verfügbar. Die Plattformen wie Touch Surgery verfügen über umfangreiche Bibliotheken mit chirurgischen Verfahren. Sie decken verschiedene Fachgebiete ab und enthalten auch komplexe oder seltene Fälle. Auf diese Weise können die Studierenden ein breiteres Spektrum von Pathologien kennen lernen und üben, was ihre Vorbereitung auf reale Szenarien verbessert.

Integration mit haptischem Feedback

Taktile Erfahrungen sind von unschätzbarem Wert für die Beherrschung heikler Manöver im Operationssaal. Hier kann Augmented Reality mit haptischem Feedback kombiniert werden, einer Technologie, die das Gefühl von Druck, Widerstand und Bewegung nachahmt. Auf diese Weise können die Studierenden spüren, wie es sich anfühlt, mit Gewebe, Organen und chirurgischen Instrumenten zu interagieren.

Haptisches Feedback ist zwar kein integraler Bestandteil der XR-Technologie, kann aber in XR-Konfigurationen integriert werden. Der HapticVR- Simulator von FundamentalVR beispielsweise kombiniert die XR-Umgebung mit hochentwickelten haptischen Geräten, die es den Studierenden ermöglichen, Nähen, Schnitttechniken und vieles mehr mit realistischem taktilem Feedback zu üben. Ein weiteres Beispiel ist SenseGlove, ein tragbarer haptischer Handschuh, der es dem Benutzer ermöglicht, Texturen und Kräfte zu spüren, während er mit virtuellen Modellen interagiert.

Durch die Integration von haptischem Feedback in das XR-basierte Training können die Chirurgen ihre motorischen Fähigkeiten verfeinern und ihr Muskelgedächtnis entwickeln. Diese Kombination aus Berührung und Visualisierung trägt dazu bei, dass chirurgische Eingriffe im wirklichen Leben genau nachgeahmt werden.

Sofortige Leistungsbewertung

In der Regel sind die Beurteilungen der Studierenden vom Pädagogen abhängig und können subjektiv sein. Im Gegensatz zu herkömmlichen Feedbackmethoden können XR-Systeme Fehler sofort und objektiv erkennen und Bereiche mit Verbesserungspotenzial aufzeigen. Das System ist in der Lage, Fehler schnell zu erkennen und Ratschläge zu ihrer Behebung zu geben, so dass sie von den Studierenden nicht in die Praxis übernommen werden.

Stellen Sie sich vor, Sie üben eine komplexe Operation in einer virtuellen Umgebung und erhalten sofortiges Feedback zu Faktoren wie Präzision, Timing oder Technik. Das System kann Sie auch auf einen falschen Schnittwinkel, die unsachgemäße Verwendung von Werkzeugen oder die Verzögerung eines kritischen Schritts hinweisen.

Zu den praktischen Beispielen gehören Tools wie das bereits erwähnte FundamentalVR, das Leistungsindikatoren wie die angewandte Kraft, die Genauigkeit der Verfahren und die Effizienz überwacht. Nach jeder Sitzung erhalten die Studierenden ein detailliertes Feedback. Ein weiteres Beispiel ist Osso VR, das virtuelle Simulationen verwendet, um die chirurgische Leistung der Studierenden zu bewerten und ihnen verwertbare Erkenntnisse für Verbesserungen zu liefern.

Möglichkeiten für gemeinsames Training

Chirurgische Eingriffe sind keine Einzelleistungen, sondern Teamarbeit, bei der Chirurgen, Assistenten, Krankenschwestern und Anästhesisten zusammenarbeiten. Extended Reality in der medizinischen Praxis ermöglicht es Operationsteams, Abläufe gemeinsam zu trainieren und die Koordination zu verbessern.

Osso VR bietet beispielsweise kollaborative Funktionen, die es mehreren Benutzern ermöglichen, eine gemeinsame virtuelle Umgebung für teambasierte chirurgische Simulationen zu nutzen. Durch den Einsatz von XR für kollaboratives Training können chirurgische Teams ihre Arbeitsabläufe rationalisieren. Dies stärkt die Zusammenarbeit zwischen den Teammitgliedern und verbessert die Ergebnisse für die Patienten.

Anwendungen von XR in der Chirurgie: bemerkenswerte Fälle

Die chirurgische XR-Ausbildung hat ihr transformatives Potenzial in einigen der komplexesten medizinischen Bereiche unter Beweis gestellt. Nachfolgend sind einige bemerkenswerte Fälle aufgeführt, die ihre Wirkung veranschaulichen:

Herzchirurgie

Im Journal of Surgical Case Reports wurde ein bemerkenswerter Fall veröffentlicht, bei dem die Chirurgen mit Hilfe von XR die patientenspezifische Anatomie mit bisher unerreichter Detailgenauigkeit darstellen konnten. Bei einem 73-jährigen Patienten wurde mittels CTA und Koronarangiographie eine 3-Gefäß-KHK diagnostiziert. Diese Erkrankung erforderte eine koronare Bypassoperation (CABG).

Zur Verbesserung der präoperativen Planung verwendete das Operationsteam ein Extended-Reality-Tool mit einem speziellen KI-gesteuerten Algorithmus, um aus den CTA-Daten ein patientenspezifisches 3D-Modell der Koronararterien zu erstellen. Dieses Modell lieferte eine genaue anatomische und pathologische Darstellung des Koronarsystems des Patienten.

Durch die Integration dieses 3D-Modells in die XR-Plattform konnte das Operationsteam während der präoperativen Planung und der intraoperativen Führung mit einer vollständigen 3D-Ansicht der Koronaranatomie des Patienten interagieren. Das XR-Tool verbesserte die räumliche Orientierung, erleichterte die genaue Lokalisierung von Stenosen und erhöhte die chirurgische Kompetenz des Chirurgen.

Neurochirurgie

Ein weiterer bahnbrechender Fall, der im Journal of Neurosurgery veröffentlicht wurde, zeigt, wie XR die Behandlung eines 59-jährigen Patienten mit einer 3 cm großen intrazerebralen Blutung (ICH) im Thalamus verbesserte.

Da die Blutung sehr tief war, nutzte das Operationsteam eine Extended-Reality-Plattform, um sowohl die präoperative Planung als auch die intraoperative Navigation zu verbessern. Mithilfe von VR wurde ein detailliertes 3D-Modell des Gehirns des Patienten erstellt, um den optimalen Operationsweg zu planen und kritische Strukturen sorgfältig zu umgehen.

Während des Eingriffs lieferte AR eine Echtzeit-Visualisierung, um eine präzise Navigation zur Blutungsstelle zu gewährleisten. Diese Technologie ermöglichte einen minimalinvasiven endoskopischen Zugang und eine erfolgreiche Entfernung der Blutung, ohne zusätzliche Hirnschäden zu verursachen. Der Patient überstand den Eingriff gut und erholte sich innerhalb von 11 Monaten deutlich.

Anwendungsfall: VR-Handgelenksarthroskopie-Simulator für Chirurgen

Medizinische Ausbildung mit XR: Herausforderungen

Während XR mit seinen innovativen Funktionen die medizinische Ausbildung verändert, bringt es auch einige Herausforderungen mit sich:

Budgetbeschränkungen

Ein Haupthindernis für die Einführung von medizinischem XR-Training sind die hohen Kosten für Hard- und Software. Moderne XR-Headsets, haptische Handschuhe und spezielle Plattformen erfordern erhebliche Investitionen. Dies macht XR-Tools für kleinere medizinische Hochschulen und Krankenhäuser unerschwinglich. Beispielsweise kann ein hochrealistisches haptisches Feedbacksystem mehrere zehntausend Dollar kosten, wobei die Kosten für XR-Headsets und Softwarelizenzen noch nicht einmal eingerechnet sind.

Darüber hinaus ist die Integration von XR in bestehende Schulungsprogramme oder Krankenhaussysteme nicht immer nahtlos — es werden zusätzliche Ressourcen für die Aufrüstung der Infrastruktur benötigt, z.B. leistungsstarke Computer, spezielle Räume und technische Unterstützung.

Um dieser Herausforderung zu begegnen, können die Einrichtungen mit kleineren Pilotprogrammen beginnen, um nach und nach mehr XR-Tools zu integrieren. Auf diese Weise können die Anfangskosten minimiert und die technischen Integrationsprobleme im Laufe der Zeit überwunden werden.

Benutzerakzeptanz

Die beste Technologie ist nutzlos, wenn die Menschen nicht bereit sind, sie zu nutzen. Viele praktizierende Chirurgen und Angehörige der Gesundheitsberufe zögern möglicherweise, Zeit in das Erlernen des Umgangs mit XR-Tools zu investieren, sei es aufgrund eines vollen Terminkalenders oder aus Skepsis gegenüber den Vorteilen.

Einige sehen XR als unnötige Ergänzung zu ihrer ohnehin schon anspruchsvollen Arbeitsbelastung an, während andere vielleicht traditionelle Trainingsmethoden bevorzugen, mit denen sie vertraut sind. Um diesen Widerstand zu überwinden, muss der greifbare Wert von XR aufgezeigt und der Lernprozess so zugänglich wie möglich gestaltet werden.

Entwicklung und Standardisierung von Inhalten

Die Erstellung hochwertiger XR-Lerninhalte ist ebenfalls eine komplexe Aufgabe. Die Entwicklung realistischer Simulationen, präziser anatomischer Modelle und ansprechender interaktiver Szenarien erfordert spezielles Fachwissen. Der Mangel an standardisierten Lehrplänen und Evaluierungsmethoden für XR-basiertes Training stellt ebenfalls eine Herausforderung dar.

Um dieses Problem zu lösen, ist eine branchenweite Zusammenarbeit an standardisierten Trainingsprotokollen unerlässlich, um Konsistenz zu gewährleisten und Vergleiche zwischen verschiedenen Plattformen und Einrichtungen zu erleichtern.

Technische Einschränkungen

Die derzeitige XR-Technologie stößt noch an Grenzen, die das Trainingserlebnis beeinträchtigen können. Dazu gehören Einschränkungen bei der grafischen Darstellung, der Rechenleistung, dem Sichtfeld der Headsets, der Genauigkeit und Zuverlässigkeit der haptischen Feedbacksysteme. Beispielsweise können haptische Handschuhe zwar einen gewissen Tastsinn vermitteln, aber die komplexen taktilen Empfindungen, die bei einer realen Operation auftreten, nicht vollständig reproduzieren.

Ständige Fortschritte in der VR-, AR- und Haptik-Technologie verbessern jedoch den Realismus und die Zuverlässigkeit von XR-Systemen. Da sich diese Technologien ständig weiterentwickeln, ist in naher Zukunft mit noch realistischeren und genaueren Simulationen zu rechnen.

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Schlussfolgerung

XR verändert die chirurgische Ausbildung, indem es die Grenzen traditioneller Methoden überwindet und das Lernen praxisnäher gestaltet. Es ermöglicht Chirurgen, in einer risikofreien Umgebung an einer Vielzahl von Fällen zu üben. Diese Technologie ebnet den Weg für eine sicherere und innovativere medizinische Ausbildung. Mit der Weiterentwicklung von XR wird es eine noch wichtigere Rolle in der medizinischen Ausbildung spielen und Chirurgen dabei helfen, die Fähigkeiten zu erwerben, die sie für eine hervorragende Patientenversorgung benötigen.