Appen til neurokirurgisk rumlig navigation på et modelhoved. Takket være information fra virkelighed og augmented reality visualiseret i standard smartbriller kan kirurgen sikkert styre sit instrument og minimere risikoen for patientskader – Billede: Fraunhofer IWU
Snart en realitet på operationsstuen: Standard databriller til 'navigation' under neurokirurgiske procedurer
Revolution inden for neurokirurgi: Augmented reality-databriller som navigationssystem på operationsstuen
Medicinen udvikler sig uophørligt, og et særligt spændende område er integrationen af augmented reality (AR) i operationsstuen. Dette er ikke science fiction, men en virkelighed, der bliver mere og mere håndgribelig og har potentiale til at gøre kirurgiske procedurer sikrere, mere præcise og mindre invasive for patienter. Især neurokirurgi, et felt der kræver den største præcision på grund af hjernens kompleksitet, drager stor fordel af disse teknologiske fremskridt.
En lovende tilgang er brugen af smarte briller, der overlejrer præoperative billeddata, f.eks. fra magnetisk resonansbilleddannelse (MRI), på det faktiske operationsfelt i realtid. Denne teknologi gør det muligt for kirurgen virtuelt at "se igennem" patientens krop og dermed få et mere præcist billede af det område, der skal opereres. I modsætning til konventionelle navigationssystemer, som ofte er store og dyre, åbner AR-smarte briller en ny dimension af rumlig orientering på operationsstuen. Dette er især relevant for procedurer, hvor adgangen til operationsfeltet er begrænset, såsom fjernelse af hjernetumor via næsen. Den minimalt invasive teknik understøttes af den forbedrede visualisering, som AR-brillerne giver, hvilket potentielt kan føre til mindre vævsskade, kortere restitutionstider og færre komplikationer.
Appen som nøglen til præcis navigation
Kernen i denne innovative teknologi er en specialudviklet app, der synkroniserer det MR-billede, der er taget før operationen, med en realtidsvisning af operationsfeltet. Denne udvikling er resultatet af mange års forskning og udvikling i et samarbejde mellem LEGEND-forskningsgruppen på Neurokirurgisk Afdeling på Leipzig Universitetshospital (UKL) og Fraunhofer Instituttet for Maskinværktøj og Formningsteknologi IWU i Zittau. Appen fungerer i bund og grund som et "GPS-system" for kirurgen, der ikke kun viser positionen af det kirurgiske mål, men også den optimale, dvs. mindst invasive, adgangsrute. Denne form for navigationshjælpemiddel repræsenterer en betydelig forbedring i forhold til tidligere metoder, der var baseret på statiske billeddata og kirurgens rumlige ræsonnement.
En anden væsentlig fordel ved denne nye teknologi er muligheden for at integrere kirurgiske instrumenter i navigationssystemet. Ved præcist at spore instrumenternes positioner i realtid og vise dem i de smarte briller, kan kirurgen guide dem med endnu større præcision og sikkerhed. Denne realtidsvisning, muliggjort af appen, minimerer risikoen for fejl og giver kirurgen mulighed for at planlægge og udføre bevægelser med stor nøjagtighed. Derudover vises vigtige yderligere oplysninger, såsom afstanden til målområdet, direkte i kirurgens synsfelt, hvilket optimerer informationsflowet og muliggør en hurtig og sikker reaktion. Dette øger ikke kun procedurens sikkerhed, men reducerer også potentielt operationstiden og letter dermed byrden for både patienten og det medicinske personale.
Præcision i realtid: Et kvantespring inden for neurokirurgi
En af forskergruppens mest bemærkelsesværdige præstationer er systemets stort set øjeblikkelige driftsklarhed. "Vores team har opnået en verdensførende hændighed med fuldautomatisk registrering til neurokirurgisk spatial computing-navigation," rapporterer PD Dr. habil. Ronny Grunert, forskningsassistent ved Fraunhofer IWU og leder af "Legend"-forskningsgruppen ved UKL, entusiastisk. "Kalibrering og registrering udføres inden for et sekund, og navigation til instrumentpositionsdetektion i realtid er klar til brug. Det udviklede system er meget intuitivt at bruge og minder meget om GPS-assistance." Denne hastighed og intuitivitet er afgørende for at opretholde arbejdsgangen på operationsstuen og for at give kirurger et intuitivt og pålideligt navigationshjælpemiddel.
En anden vigtig detalje er systemets brugervenlighed. Brugergrænsefladen er udviklet af læger til læger og er begrænset til at vise essentielle oplysninger, hvilket minimerer betjeningsfejl. Et eksempel på den klare visningslogik er et grønt trådkors, der angiver instrumentspidsens position og er perfekt integreret i MR-billedet, der vises i de smarte briller. Denne klare og præcise præsentation er en afgørende faktor for systemets accept og succes på operationsstuen, da den giver kirurgerne mulighed for at fokusere på det, der betyder mest – den vellykkede udførelse af operationen.
Effektivitet og tilgængelighed: En revolution for alle
Ud over den tekniske innovation er et andet centralt aspekt ved dette projekt den økonomiske levedygtighed og den deraf følgende tilgængelighed af teknologien. Mens konventionelle navigationssystemer, der er egnede til brug på hospitaler, ofte koster flere hundrede tusinde euro inden for neurokirurgi, fokuserer udviklingsgruppen på standard smart glasses til en forbrugerpris. "Disse briller koster en brøkdel af computerassisterede navigationssystemer til neurokirurgi," forklarer Grunert. Denne omkostningsreduktion er et afgørende skridt i at gøre teknologien tilgængelig ikke kun for velfinansierede sundhedssystemer og institutioner, men også for lande og regioner med begrænsede ressourcer. Denne demokratisering af teknologien vil give flere patienter mulighed for at drage fordel af præcis og minimalt invasiv neurokirurgisk behandling.
Udviklingen af håndstykket, der holder instrumenterne og muliggør deres præcise positionering, er også et centralt aspekt af projektet. På Fraunhofer IWU er der udviklet specielle markører, hvis geometrier og mønstre genkendes af de smarte briller. Disse markører kan antage forskellige former, såsom kugler, terninger eller andre former, og tjener til at bestemme instrumenternes position i et tredimensionelt rum. Plastikhåndstykkerne fremstilles ved hjælp af 3D-print i Zittau og Leipzig, hvilket giver en høj grad af fleksibilitet og tilpasningsevne til kirurgernes behov.
Vejen til klinisk praksis: Et overblik
Det første pilotkursus for træning i den anatomiske model fandt sted på Leipzig Universitetshospital (UKL) i efteråret 2024. Dette trin er en vigtig milepæl på vejen mod klinisk anvendelse af teknologien. Holdets næste fokus er at færdiggøre prototypen, som derefter skal gennemgå godkendelsesprocessen i henhold til Medical Device Regulation (MDR) for det europæiske marked og reglerne fra den amerikanske Food and Drug Administration (FDA) for USA. Målet er at kunne bruge systemet på patienter om cirka to år.
Udviklingen af AR-baserede navigationssystemer til neurokirurgi er ikke kun et teknologisk fremskridt, men også et paradigmeskift i medicinsk praksis. Integrationen af billeddata i realtid, præcis instrumentstyring og omkostningseffektive løsninger har potentiale til fundamentalt at transformere neurokirurgisk behandling og gøre den sikrere, mere præcis og mere tilgængelig. Med hvert trin i denne udvikling nærmer vi os visionen om en fremtid, hvor innovative teknologier som AR-smartbriller er standard på operationsstuen. Dette åbner nye perspektiver, ikke kun for læger og kirurger, men frem for alt for patienter, som kan drage fordel af forbedret behandlingskvalitet og mindre invasive procedurer. Med denne teknologi har neurokirurgiens fremtid taget en spændende retning, hvor præcision og innovation går hånd i hånd.
Relateret til dette: