De app voor neurochirurgische ruimtelijke navigatie op een modelhoofd. Dankzij informatie uit de echte en augmented reality, gevisualiseerd in een standaard slimme bril, kan de chirurg zijn instrument veilig geleiden en het risico op letsel bij patiënten minimaliseren. – Afbeelding: Fraunhofer IWU
Binnenkort een realiteit in de operatiekamer: standaard databrillen voor 'navigatie' tijdens neurochirurgische ingrepen
Revolutie in de neurochirurgie: augmented reality-brillen als navigatiesysteem in de operatiekamer
De geneeskunde ontwikkelt zich razendsnel, en een bijzonder veelbelovend 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 ingrijpend voor patiënten te maken. Met name de neurochirurgie, een vakgebied dat vanwege de complexiteit van de hersenen de hoogste precisie vereist, profiteert aanzienlijk van deze technologische vooruitgang.
Een veelbelovende aanpak is het gebruik van slimme brillen die preoperatieve beeldgegevens, zoals van een MRI-scan, in realtime over het operatiegebied heen projecteren. Deze technologie stelt de chirurg in staat om als het ware "door" het lichaam van de patiënt te kijken, waardoor een nauwkeuriger beeld ontstaat van het te opereren gebied. In tegenstelling tot conventionele navigatiesystemen, die vaak omvangrijk en duur zijn, openen 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 nauwkeurige navigatie
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 weergave van het operatiegebied. Deze ontwikkeling is het resultaat van jarenlang onderzoek en ontwikkeling in een samenwerking tussen de LEGEND-onderzoeksgroep van de afdeling Neurochirurgie van het Universitair Ziekenhuis Leipzig (UKL) en het Fraunhofer Instituut voor Werktuigbouwkunde en Vormgevingstechnologie IWU in Zittau. De app functioneert in feite als een "gps-systeem" voor de chirurg en toont niet alleen de positie van het operatiegebied, maar ook de optimale, oftewel minst invasieve, toegangsweg. Deze vorm van navigatiehulp is een aanzienlijke verbetering ten opzichte van eerdere methoden die afhankelijk waren van statische beeldgegevens en het ruimtelijk inzicht van de chirurg.
Een ander belangrijk voordeel van deze nieuwe technologie is de mogelijkheid om chirurgische instrumenten in het navigatiesysteem te integreren. Door de posities van de instrumenten in realtime nauwkeurig te volgen en weer te geven op de slimme bril, kan de chirurg ze met nog grotere precisie en veiligheid aansturen. 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 ingreep, maar kan ook de operatietijd verkorten, waardoor de belasting voor zowel de patiënt als het medisch personeel wordt verlicht.
Precisie in realtime: 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 bereikt met volledig geautomatiseerde registratie voor ruimtelijke computernavigatie in de neurochirurgie", meldt PD Dr. habil. Ronny Grunert, onderzoeksmedewerker bij Fraunhofer IWU en hoofd van de onderzoeksgroep "Legend" aan de UKL, enthousiast. "Kalibratie en registratie zijn binnen een seconde voltooid en de navigatie voor realtime detectie van de instrumentpositie is direct klaar voor gebruik. Het ontwikkelde systeem is zeer intuïtief in gebruik en lijkt sterk op GPS-ondersteuning." Deze snelheid en intuïtiviteit zijn cruciaal voor het behoud van een soepele workflow in de operatiekamer en bieden chirurgen een intuïtief en betrouwbaar navigatiehulpmiddel.
Een ander belangrijk detail is de gebruiksvriendelijkheid van het systeem. De gebruikersinterface is ontwikkeld door artsen voor artsen en beperkt zich tot het weergeven van essentiële informatie, waardoor bedieningsfouten tot een minimum worden beperkt. Een voorbeeld van de heldere weergavelogica is een groen kruisje dat de positie van de instrumentpunt aangeeft en perfect is geïntegreerd in het MRI-beeld dat op de slimme bril wordt weergegeven. Deze duidelijke en beknopte presentatie 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: het succesvol uitvoeren 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. Waar conventionele navigatiesystemen voor gebruik in ziekenhuizen in de neurochirurgie vaak honderdduizenden euro's kosten, richt de ontwikkelingsgroep zich op standaard slimme brillen met een prijs die betaalbaar is voor consumenten. "Deze brillen kosten een fractie van de prijs van computerondersteunde navigatiesystemen voor neurochirurgie", legt Grunert uit. Deze kostenverlaging is een cruciale stap om de technologie toegankelijk te maken, niet alleen voor goed gefinancierde zorgsystemen en -instellingen, maar ook voor landen en regio's met beperkte middelen. Deze democratisering van de technologie zal ervoor zorgen dat meer patiënten kunnen profiteren van nauwkeurige en minimaal invasieve neurochirurgische behandelingen.
De ontwikkeling van het handstuk, dat de instrumenten vasthoudt en een precieze positionering mogelijk maakt, is ook een belangrijk aspect van het project. Bij Fraunhofer IWU zijn speciale markers ontwikkeld waarvan de geometrie en patronen door de slimme bril worden herkend. Deze markers kunnen verschillende vormen aannemen, zoals bollen, kubussen of andere vormen, en dienen om de positie van de instrumenten in de driedimensionale ruimte te bepalen. De kunststof handstukken worden met behulp van 3D-printing in Zittau en Leipzig geproduceerd, wat een hoge mate van flexibiliteit en aanpasbaarheid aan de behoeften van chirurgen mogelijk maakt.
De weg naar de klinische praktijk: een vooruitblik
De eerste pilotcursus voor de training met het anatomische model vond plaats in het najaar van 2024 in het Universitair Ziekenhuis Leipzig (UKL). Deze stap is een belangrijke mijlpaal op weg naar klinische toepassing van de technologie. Het team richt zich nu op de voltooiing 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 op 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 het potentieel om neurochirurgische behandelingen fundamenteel te veranderen, waardoor ze veiliger, preciezer en toegankelijker worden. Met elke stap in deze ontwikkeling komt de visie van een toekomst waarin innovatieve technologieën zoals AR-smartbrillen standaard zijn in de operatiekamer steeds dichterbij. Dit opent nieuwe perspectieven, niet alleen voor artsen en chirurgen, maar vooral voor patiënten, die kunnen profiteren van een betere behandelingskwaliteit en minder invasieve procedures. Met deze technologie heeft de toekomst van de neurochirurgie een veelbelovende richting ingeslagen, waarin precisie en innovatie hand in hand gaan.
Dit is hiermee gerelateerd: