Appen för neurokirurgisk spatial navigering på ett modellhuvud. Tack vare verklig och förstärkt verklighetsinformation visualiserad i vanliga smarta glasögon kan kirurgen säkert styra sitt instrument och minimera risken för patientskador – Bild: Fraunhofer IWU
Snart verklighet i operationssalen: Standarddataglasögon för "navigering" under neurokirurgiska ingrepp.
Revolution inom neurokirurgi: Dataglasögon med förstärkt verklighet som navigationssystem i operationssalen
Medicinska framsteg gör oavbrutet, och ett särskilt spännande område är integrationen av förstärkt verklighet (AR) i operationssalen. Detta är inte science fiction, utan en verklighet som blir alltmer konkret och har potential att göra kirurgiska ingrepp säkrare, mer precisa och mindre invasiva för patienter. Neurokirurgi, i synnerhet ett område som kräver största möjliga precision på grund av hjärnans komplexitet, drar stor nytta av dessa tekniska framsteg.
Ett lovande tillvägagångssätt är användningen av smarta glasögon som överlagrar preoperativa bilddata, till exempel från magnetisk resonanstomografi (MRT), på det faktiska operationsområdet i realtid. Denna teknik gör det möjligt för kirurgen att virtuellt "se igenom" patientens kropp och därmed få en mer exakt bild av det område som ska opereras. Till skillnad från konventionella navigationssystem, som ofta är skrymmande och dyra, öppnar AR-smarta glasögon upp en ny dimension av rumslig orientering i operationssalen. Detta är särskilt relevant för ingrepp där åtkomsten till operationsområdet är begränsad, såsom borttagning av hjärntumör via näsan. Den minimalinvasiva tekniken stöds av den förbättrade visualiseringen som AR-glasögonen ger, vilket potentiellt kan leda till mindre vävnadsskador, kortare återhämtningstider och minskade komplikationer.
Appen som nyckeln till exakt navigering
Kärnan i denna innovativa teknik är en specialutvecklad app som synkroniserar MR-bilden som tagits före operationen med en realtidsvy av operationsområdet. Denna utveckling är resultatet av åratal av forskning och utveckling i ett samarbete mellan forskargruppen LEGEND vid neurokirurgiska avdelningen vid Leipzigs universitetssjukhus (UKL) och Fraunhofer-institutet för maskinverktyg och formningsteknik IWU i Zittau. Appen fungerar i huvudsak som ett "GPS-system" för kirurgen, som inte bara visar det kirurgiska målets position utan också den optimala, det vill säga minst invasiva, åtkomstvägen. Denna form av navigationshjälpmedel representerar en betydande förbättring jämfört med tidigare metoder som förlitade sig på statiska bilddata och kirurgens rumsliga resonemang.
En annan betydande fördel med denna nya teknik är möjligheten att integrera kirurgiska instrument i navigationssystemet. Genom att exakt spåra instrumentens positioner i realtid och visa dem i de smarta glasögonen kan kirurgen vägleda dem med ännu större precision och säkerhet. Denna realtidsvisning, som möjliggörs av appen, minimerar risken för fel och gör det möjligt för kirurgen att planera och utföra rörelser med stor noggrannhet. Dessutom visas viktig ytterligare information, såsom avståndet till målområdet, direkt i kirurgens synfält, vilket optimerar informationsflödet och möjliggör en snabb och säker respons. Detta ökar inte bara säkerheten vid ingreppet utan minskar också potentiellt operationstiden, vilket avlastar både patienten och den medicinska personalen.
Precision i realtid: Ett kvantsprång inom neurokirurgi
En av forskargruppens mest anmärkningsvärda prestationer är systemets praktiskt taget omedelbara driftberedskap. ”Vårt team har uppnått en världspremiär med helautomatiserad registrering för neurokirurgisk spatial databeräkningsnavigering”, rapporterar PD Dr. habil. Ronny Grunert, forskningsassistent vid Fraunhofer IWU och chef för forskargruppen ”Legend” vid UKL, entusiastiskt. ”Kalibrering och registrering slutförs inom en sekund, och navigering för instrumentpositionsdetektering i realtid är redo att användas. Det utvecklade systemet är mycket intuitivt att använda och liknar GPS-assistans.” Denna hastighet och intuitivitet är avgörande för att upprätthålla arbetsflödet i operationssalen och förse kirurger med ett intuitivt och tillförlitligt navigationshjälpmedel.
En annan viktig detalj är systemets användarvänlighet. Användargränssnittet har utvecklats av läkare för läkare och är begränsat till att visa viktig information, vilket minimerar operationsfel. Ett exempel på den tydliga visningslogiken är ett grönt hårkors som indikerar instrumentspetsens position och är perfekt integrerat i MR-bilden som visas i de smarta glasögonen. Denna tydliga och koncisa presentation är en avgörande faktor för systemets acceptans och framgång i operationssalen, eftersom den gör det möjligt för kirurger att fokusera på det som är viktigast – ett framgångsrikt utförande av operationen.
Effektivitet och tillgänglighet: En revolution för alla
Utöver den tekniska innovationen är en annan viktig aspekt av detta projekt den ekonomiska lönsamheten och den resulterande tillgängligheten av tekniken. Medan konventionella navigationssystem som är lämpliga för användning på sjukhus ofta kostar flera hundra tusen euro inom neurokirurgi, fokuserar utvecklingsgruppen på vanliga smarta glasögon till konsumentpriser. ”Dessa glasögon kostar en bråkdel av datorstödda navigationssystem för neurokirurgi”, förklarar Grunert. Denna kostnadsminskning är ett avgörande steg för att göra tekniken tillgänglig inte bara för välfinansierade hälsovårdssystem och institutioner, utan även för länder och regioner med begränsade resurser. Denna demokratisering av tekniken kommer att göra det möjligt för fler patienter att dra nytta av exakt och minimalinvasiv neurokirurgisk behandling.
Utvecklingen av handstycket, som håller instrumenten och möjliggör deras exakta positionering, är också en viktig aspekt av projektet. Vid Fraunhofer IWU utvecklades speciella markörer vars geometrier och mönster känns igen av de smarta glasögonen. Dessa markörer kan anta olika former, såsom sfärer, kubiska eller andra former, och tjänar till att bestämma instrumentens position i tredimensionellt rum. Plasthandstyckena tillverkas med 3D-utskrift i Zittau och Leipzig, vilket möjliggör en hög grad av flexibilitet och anpassningsförmåga till kirurgernas behov.
Vägen till klinisk praktik: En överblick
Den första pilotkursen för utbildning i den anatomiska modellen ägde rum på Leipzigs universitetssjukhus (UKL) hösten 2024. Detta steg är en viktig milstolpe på vägen mot klinisk tillämpning av tekniken. Teamets nästa fokus är att färdigställa prototypen, som sedan måste genomgå godkännandeprocessen enligt medicintekniska förordningen (MDR) för den europeiska marknaden och den amerikanska livsmedels- och läkemedelsmyndighetens (FDA) föreskrifter för USA. Målet är att kunna använda systemet på patienter om cirka två år.
Utvecklingen av AR-baserade navigationssystem för neurokirurgi är inte bara ett tekniskt framsteg utan också ett paradigmskifte inom medicinsk praxis. Integreringen av bilddata i realtid, exakt instrumentstyrning och kostnadseffektiva lösningar har potential att fundamentalt förändra neurokirurgisk behandling och göra den säkrare, mer precis och mer tillgänglig. Med varje steg i denna utveckling närmar sig visionen om en framtid där innovativa tekniker som AR-smarta glasögon är standard i operationssalen. Detta öppnar nya perspektiv inte bara för läkare och kirurger utan framför allt för patienter, som kan dra nytta av förbättrad behandlingskvalitet och mindre invasiva procedurer. Med denna teknik har neurokirurgins framtid tagit en spännande riktning, där precision och innovation går hand i hand.
Lämplig för detta: