Gepubliceerd op: 22 januari 2025 / Bijgewerkt op: 22 januari 2025 – Auteur: Konrad Wolfenstein
De app voor neurochirurgische ruimtelijke navigatie op een modelhoofd. Dankzij de reële en virtuele informatie die wordt gevisualiseerd in een standaard databril (augmented reality), kan de chirurg zijn of haar instrument veilig sturen en het risico op letsel bij patiënten minimaliseren. – Afbeelding: Fraunhofer IWU
Binnenkort werkelijkheid in de operatiekamer: standaard databrillen voor 'navigatie' tijdens neurochirurgische ingrepen.
Revolutie in de neurochirurgie: augmented reality-databrillen als navigatiesysteem in de operatiekamer
De geneeskunde boekt onophoudelijk vooruitgang, en een bijzonder interessant gebied is de integratie van augmented reality (AR) in de operatiekamer. Dit is geen sciencefiction, maar een realiteit die steeds tastbaarder wordt en de potentie heeft om chirurgische ingrepen veiliger, preciezer en minder invasief voor patiënten te maken. Vooral de neurochirurgie, een vakgebied dat vanwege de complexiteit van de hersenen de grootste precisie vereist, profiteert aanzienlijk van deze technologische vooruitgang.
Een veelbelovende aanpak is het gebruik van slimme brillen die preoperatieve beeldgegevens, zoals MRI-scans (Magnetic Resonance Imaging), in realtime over het daadwerkelijke operatiegebied projecteren. Deze technologie stelt de chirurg in staat om virtueel "door" het lichaam van de patiënt heen te kijken, waardoor hij een nauwkeuriger beeld krijgt van het te opereren gebied. In tegenstelling tot conventionele navigatiesystemen, die vaak omvangrijk en duur zijn, openen slimme AR-brillen een nieuwe dimensie van ruimtelijke oriëntatie in de operatiekamer. Dit is met name relevant voor ingrepen waarbij de toegang tot het operatiegebied beperkt is, zoals het verwijderen van een hersentumor via de neus. De minimaal invasieve techniek wordt ondersteund door de verbeterde visualisatie die de AR-bril biedt, wat mogelijk leidt tot minder weefselschade, kortere hersteltijden en minder complicaties.
De app als sleutel tot precieze navigatie
- Gezichtsveld van de chirurg: De bril toont de echte operatiekamer. De app legt individuele patiëntgegevens over het echte hoofd. Afbeelding: Fraunhofer IWU
- Het handstuk voor chirurgische instrumenten, ontwikkeld en 3D-geprint aan het Fraunhofer IWU in Zittau, bevat markergeometrieën die door de databril worden herkend – Afbeelding: Fraunhofer IWU
De kern van deze innovatieve technologie is een speciaal ontwikkelde app die de MRI-beelden die vóór de operatie zijn gemaakt, synchroniseert met een realtime beeld van het operatiegebied. Deze ontwikkeling is het resultaat van jarenlang onderzoek en ontwikkeling in een samenwerking tussen de onderzoeksgroep LEGEND van de afdeling Neurochirurgie van het Universitair Ziekenhuis Leipzig (UKL) en het Fraunhofer Instituut voor Gereedschapsmachines en Vormtechnologie IWU in Zittau. De app fungeert in wezen als een "GPS-systeem" voor de chirurg en toont niet alleen de positie van het operatiedoel, maar ook de optimale, d.w.z. minst invasieve, toegangsroute. Deze vorm van navigatiehulpmiddel is een aanzienlijke verbetering ten opzichte van eerdere methoden die gebaseerd waren op statische beeldgegevens en het ruimtelijk inzicht van de chirurg.
Een ander belangrijk voordeel van deze nieuwe technologie is de mogelijkheid om chirurgische instrumenten te integreren in het navigatiesysteem. Door de posities van de instrumenten in realtime nauwkeurig te volgen en weer te geven in de smart glasses, kan de chirurg ze met nog grotere precisie en veiligheid begeleiden. Deze realtime weergave, mogelijk gemaakt door de app, minimaliseert het risico op fouten en stelt de chirurg in staat om bewegingen uiterst nauwkeurig te plannen en uit te voeren. Bovendien wordt cruciale aanvullende informatie, zoals de afstand tot het doelgebied, direct in het gezichtsveld van de chirurg weergegeven, waardoor de informatiestroom wordt geoptimaliseerd en een snelle en veilige reactie mogelijk is. Dit verhoogt niet alleen de veiligheid van de procedure, maar verkort mogelijk ook de operatietijd, waardoor zowel de patiënt als het medisch personeel worden ontlast.
Realtime precisie: een kwantumsprong in de neurochirurgie
Een van de meest opmerkelijke prestaties van de onderzoeksgroep is de vrijwel onmiddellijke operationele gereedheid van het systeem. "Ons team heeft een wereldprimeur behaald met volledig geautomatiseerde registratie voor neurochirurgische ruimtelijke computernavigatie", meldt PD Dr. habil. Ronny Grunert, onderzoeksmedewerker aan de Fraunhofer IWU en hoofd van de onderzoeksgroep "Legend" bij UKL, enthousiast. "Kalibratie en registratie zijn binnen een seconde voltooid en de navigatie voor realtime instrumentpositiedetectie is klaar voor gebruik. Het ontwikkelde systeem is zeer intuïtief in gebruik en lijkt sterk op GPS-assistentie." Deze snelheid en intuïtiviteit zijn cruciaal voor het behoud van de workflow in de operatiekamer en bieden chirurgen een intuïtieve en betrouwbare navigatiehulp.
Een ander belangrijk detail is de gebruiksvriendelijkheid van het systeem. De gebruikersinterface is ontwikkeld door artsen voor artsen en beperkt zich tot essentiële informatie, waardoor bedieningsfouten tot een minimum worden beperkt. Een voorbeeld van de heldere displaylogica is een groen dradenkruis dat de positie van de instrumentpunt aangeeft en perfect is geïntegreerd in het MRI-beeld dat op de databril wordt weergegeven. Deze heldere en beknopte weergave is een cruciale factor voor de acceptatie en het succes van het systeem in de operatiekamer, omdat het chirurgen in staat stelt zich te concentreren op wat het belangrijkst is: de succesvolle uitvoering van de operatie.
Efficiëntie en toegankelijkheid: een revolutie voor iedereen
Naast de technische innovatie is een ander belangrijk aspect van dit project de economische haalbaarheid en de daaruit voortvloeiende toegankelijkheid van de technologie. Terwijl conventionele navigatiesystemen die geschikt zijn voor gebruik in ziekenhuizen vaak enkele honderdduizenden euro's kosten in de neurochirurgie, richt de ontwikkelingsgroep zich op standaard smart glasses die in de consumentenmarkt verkrijgbaar zijn. "Deze brillen kosten een fractie van computerondersteunde navigatiesystemen voor neurochirurgie", legt Grunert uit. Deze kostenverlaging is een cruciale stap om de technologie niet alleen toegankelijk te maken voor goed gefinancierde zorgsystemen en -instellingen, maar ook voor landen en regio's met beperkte middelen. Deze democratisering van de technologie zal meer patiënten in staat stellen te profiteren van een nauwkeurige en minimaal invasieve neurochirurgische behandeling.
De ontwikkeling van het handstuk, dat de instrumenten vasthoudt en hun nauwkeurige positionering mogelijk maakt, is eveneens een belangrijk aspect van het project. Bij Fraunhofer IWU zijn speciale markers ontwikkeld waarvan de geometrie en patronen door de smart glasses worden herkend. Deze markers kunnen verschillende vormen aannemen, zoals bollen, kubussen en andere vormen, en dienen om de positie van de instrumenten in de driedimensionale ruimte te bepalen. De kunststof handstukken worden vervaardigd met behulp van 3D-printing in Zittau en Leipzig, wat een hoge mate van flexibiliteit en aanpasbaarheid aan de behoeften van chirurgen mogelijk maakt.
De weg naar de klinische praktijk: een vooruitzicht
De eerste pilotcursus voor training met het anatomische model vond in het najaar van 2024 plaats in het Universitair Ziekenhuis Leipzig (UKL). Deze stap is een belangrijke mijlpaal op weg naar klinische toepassing van de technologie. De volgende focus van het team ligt op het voltooien van het prototype, dat vervolgens de goedkeuringsprocedure moet doorlopen volgens de Medical Device Regulation (MDR) voor de Europese markt en de regelgeving van de Amerikaanse Food and Drug Administration (FDA) voor de VS. Het doel is om het systeem over ongeveer twee jaar bij patiënten te kunnen gebruiken.
De ontwikkeling van AR-gebaseerde navigatiesystemen voor neurochirurgie is niet alleen een technologische vooruitgang, maar ook een paradigmaverschuiving in de medische praktijk. De integratie van realtime beeldgegevens, nauwkeurige instrumentgeleiding en kosteneffectieve oplossingen heeft de potentie om neurochirurgische behandelingen fundamenteel te transformeren en veiliger, preciezer en toegankelijker te maken. Met elke stap in deze ontwikkeling komt de visie dichterbij van een toekomst waarin innovatieve technologieën zoals AR-smartglasses standaard zijn in de operatiekamer. Dit opent nieuwe perspectieven, niet alleen voor artsen en chirurgen, maar vooral voor patiënten, die kunnen profiteren van verbeterde behandelkwaliteit en minder invasieve procedures. Met deze technologie heeft de toekomst van de neurochirurgie een spannende wending genomen, waarbij precisie en innovatie hand in hand gaan.
Geschikt hiervoor: