Bei Operationen steht das Leben eines Menschen auf dem Spiel, da darf es keine Fehler geben. Deshalb ist eine angemessene chirurgische Ausbildung in der medizinischen Ausbildung unerlässlich. Traditionelle Lernmethoden haben jedoch ihre Grenzen, und hier kommen innovative Lösungen ins Spiel. Extended Reality (XR) ist eine davon — sie bietet immersive Umgebungen, die die Art und Weise, wie Chirurgen lernen und sich auf Operationen vorbereiten, verändern. In diesem Artikel erörtern wir, wie XR das Selbstvertrauen von Medizinern stärkt und die chirurgische Ausbildung revolutioniert.

Was ist die erweiterte Realität in der chirurgischen Praxis?

Chirurgische XR ist eine hochmoderne Technologie, die virtuelle Realität (VR), erweiterte Realität (AR) und gemischte Realität (MR) kombiniert, um interaktive simulierte Umgebungen für chirurgische Schulungen und zur Verbesserung intraoperativer Verfahren zu schaffen.

Hier finden Sie eine Übersicht über die Funktionsweise der XR-Komponenten:

  • Virtuelle Realität: 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. Studenten und medizinisches Fachpersonal können mit virtuellen Werkzeugen Eingriffe an virtuellen Patienten und 3D-Modellen von Organen durchführen.

  • Erweiterte Realität: AR überlagert digitale Elemente mit der realen Welt. Bei minimalinvasiven Eingriffen kann AR verwendet werden, um patientenspezifische Bilddaten (CT-Scans, MRT) direkt auf den Körper des Patienten zu projizieren, um die Platzierung der Instrumente zu steuern und die Präzision zu verbessern. AR ermöglicht Chirurgen auch die Manipulation 3D-Modelle von Organen und Übungstechniken, ohne dabei die reale Umgebung aus den Augen zu verlieren.

  • Gemischte Realität: MR geht noch einen Schritt weiter, indem es die virtuelle und die reale Welt miteinander verschmilzt und digitale Elemente in Echtzeit mit der realen Umgebung interagieren lässt. Stellen Sie sich vor, Sie tragen während einer Operation eine VR-Brille und sehen ein holografisches 3D-Overlay der Anatomie eines Patienten, das direkt auf den Körper projiziert wird. Dadurch erhalten Chirurgen eine klare und verbesserte Visualisierung des Operationsfeldes. Das ist praktisch für komplexe Eingriffe, die eine präzise Navigation erfordern.

Beschränkungen der traditionellen chirurgischen Ausbildung

Traditionelle chirurgische Ausbildungsmethoden, wie das Lernen durch Beobachtung oder das Training an Leichen, sind seit langem das Rückgrat der chirurgischen Ausbildung. Sie sind jedoch oft nicht in der Lage, reale Szenarien nachzubilden und lassen die Auszubildenden unvorbereitet zurück. Lassen Sie uns die Grenzen traditioneller Ansätze untersuchen, die den wachsenden Bedarf an innovativen Ansätzen wie der erweiterten Realität in der medizinischen Praxis aufzeigen:

Mangel an praktischer Erfahrung

In den meisten Fällen der traditionellen chirurgischen Ausbildung verbringen die Studenten viel Zeit damit, erfahrene Chirurgen in Aktion zu beobachten. Dies ist zwar wertvoll, um den Ablauf eines Verfahrens zu verstehen, aber die Auszubildenden erhalten dadurch kaum praktische Erfahrung. Sie können zwar gelegentlich assistieren, aber Beobachten ist nicht dasselbe wie Ausführen. Daher fühlen sich frischgebackene Chirurgen oft unsicher, wenn sie ihre ersten Operationen alleine durchführen müssen, insbesondere in kritischen Situationen, in denen eine schnelle Entscheidungsfindung unerlässlich ist.

Inkonsistente Exposition gegenüber seltenen Fällen

Eine der größten Hürden in der chirurgischen Ausbildung ist der Mangel an seltenen oder ungewöhnlichen Fällen. Die Auszubildenden sind durch die Fälle, die sie im Rahmen ihrer medizinischen Rotation kennenlernen, eingeschränkt. Ein Student führt vielleicht zahlreiche Blinddarmoperationen durch, hat aber nie mit einer komplexen Pankreasresektion oder einer seltenen angeborenen Anomalie zu tun. Diese Inkonsequenz hinterlässt Lücken in ihren Fähigkeiten und erschwert die spätere Bewältigung ungewöhnlicher chirurgischer Fälle.

Begrenzte Möglichkeiten für Proben vor der Operation

Bis vor kurzem bestand die Planung vor einem chirurgischen Eingriff hauptsächlich aus dem Studium von Bildgebungsdaten, Patientenakten und diagnostischen Ergebnissen. Dieser Ansatz ermöglicht es den Ärzten jedoch nicht, ein bestimmtes Verfahren für einen bestimmten Patienten, den sie operieren wollen, zu proben. Ein Chirurg, der sich beispielsweise auf eine komplexe Tumorresektion vorbereitet, kann zwar die Scans studieren, aber die Schritte, die mit der Navigation der 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 vorherzusagen.

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 die Technologie der erweiterten Realität die chirurgische Ausbildung intelligenter und sicherer macht:

Verbessertes räumliches Verständnis

Traditionelles anatomisches Lernen stützt sich oft auf 2D-Darstellungen, was das räumliche Verständnis der Chirurgie-Studenten einschränkt. XR bietet interaktive anatomische 3D-Modelle, die die Auszubildenden manipulieren und erforschen können, um ein tieferes Verständnis der räumlichen Beziehungen zu entwickeln, die für die chirurgische Planung entscheidend sind.

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

Lernumgebungen mit virtueller Realität

Für Anfänger kann es überwältigend sein, zum ersten Mal einen Operationssaal zu betreten — es gibt komplexe Geräte, eine Atmosphäre mit hohem Druck und ein Team, das perfekt aufeinander abgestimmt arbeiten muss. VR hilft den Auszubildenden, sich mit dieser Umgebung vertraut zu machen, bevor sie überhaupt einen Fuß in einen echten Operationssaal setzen.

Mit fortgeschrittenen Plattformen wie Surgical XR, können die Auszubildenden einen vollständig simulierten Operationssaal betreten, ein beliebiges Verfahren aus einer umfangreichen Bibliothek auswählen und lernen, die Abläufe in einem Operationsteam zu steuern. Es ist wie eine Probe, bei der sie ihre Fähigkeiten verfeinern und Vertrauen aufbauen können, ohne Angst haben zu müssen, Fehler zu machen. Ein solcher Ansatz ist von unschätzbarem Wert für die Entwicklung eines technischen und situativen Bewusstseins.

Verfügbarkeit von verschiedenen Fällen

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

XR bietet Zugang zu einer breiteren Palette von Fällen, als man sie normalerweise in der Ausbildung antrifft. Plattformen wie Touch Surgery bieten umfangreiche Bibliotheken zu chirurgischen Verfahren. Sie decken verschiedene Fachgebiete ab und enthalten komplexe oder seltene Fälle. Dies ermöglicht es den Auszubildenden, ein breiteres Spektrum an Pathologien zu erfahren und zu üben, wodurch sie besser auf reale Szenarien vorbereitet werden.

Integration mit haptischem Feedback

Taktile Erfahrungen sind von unschätzbarem Wert für die Beherrschung heikler Manöver im Operationssaal. An diesem Punkt kann die erweiterte medizinische Realität mit haptischem Feedback kombiniert werden, einer Technologie, die das Gefühl von Druck, Widerstand und Bewegung nachbildet. Mit dieser Methode können Auszubildende spüren, wie es ist, mit Gewebe, Organen und chirurgischen Instrumenten zu interagieren.

Haptisches Feedback ist zwar kein fester Bestandteil der XR-Technologie, kann aber in XR-Konfigurationen integriert werden. Zum Beispiel kann die HapticVR Simulator von FundamentalVR kombiniert die XR-Umgebung mit fortschrittlichen haptischen Geräten, die es den Auszubildenden ermöglichen, Nähen, Schnitttechniken und vieles mehr mit realistischem taktilem Feedback zu üben. Ein weiteres Beispiel ist der SenseGlove, ein tragbarer haptischer Handschuh, mit dem Benutzer Texturen und Kräfte spüren können, während sie mit virtuellen Modellen interagieren.

Durch die Integration von haptischem Feedback in das XR-basierte Training können Chirurgen ihre motorischen Fähigkeiten verfeinern und ihr Muskelgedächtnis entwickeln. Diese Kombination aus Berührung und Visualisierung trägt dazu bei, reale Operationen genau nachzubilden.

Sofortige Leistungsbewertung

In der Regel hängen die Bewertungen der Schüler vom Ausbilder ab und können subjektiv sein. Im Gegensatz zu herkömmlichen Feedback-Methoden können XR-Systeme Fehler sofort und objektiv erkennen und Bereiche mit Verbesserungsbedarf aufzeigen. Das System kann Fehler schnell erkennen und Ratschläge zu ihrer Behebung geben, damit die Schüler sie nicht in ihre Praxis übernehmen.

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 auch einen falschen Schnittwinkel, eine unsachgemäße Verwendung von Werkzeugen oder den verspäteten Abschluss eines kritischen Schritts anzeigen.

Beispiele aus der Praxis sind Tools wie das bereits erwähnte FundamentalVR, das Leistungskennzahlen wie aufgewendete Kraft, Verfahrensgenauigkeit und Effizienz erfasst. Nach jeder Sitzung erhalten die Schüler detailliertes Feedback. Ein weiteres Beispiel ist Osso VR, das virtuelle Simulationen nutzt, um die Leistung von Auszubildenden in der Chirurgie zu bewerten und umsetzbare Erkenntnisse zur Verbesserung bereitzustellen.

Möglichkeiten zur gemeinsamen Ausbildung

Chirurgische Eingriffe sind keine Alleingänge — sie sind eine Teamarbeit, bei der Chirurgen, Assistenten, Krankenschwestern und Anästhesisten zusammenarbeiten. Die erweiterte Realität in der medizinischen Praxis ermöglicht es chirurgischen Teams, Verfahren gemeinsam zu proben und die Koordination zu verbessern.

Osso VR bietet beispielsweise kollaborative Funktionen, die es mehreren Nutzern ermöglichen, eine gemeinsame virtuelle Umgebung für teambasierte chirurgische Simulationen zu nutzen. Durch den Einsatz von XR für kollaboratives Training können chirurgische Teams Arbeitsabläufe rationalisieren. Auf diese Weise kann die Zusammenarbeit zwischen den Teammitgliedern gestärkt und die Ergebnisse für die Patienten verbessert werden.

Anwendungen der chirurgischen XR: bemerkenswerte Fälle

Die XR-Chirurgieausbildung hat ihr transformatives Potenzial in einigen der komplexesten medizinischen Bereiche unter Beweis gestellt. Hier sind die bemerkenswerten Fälle, die seine Wirkung demonstrieren:

Herzchirurgie

Das Journal of Surgical Case Reports veröffentlichte eine bemerkenswerter Fall wo XR es den Chirurgen ermöglichte, die patientenspezifische Anatomie in noch nie dagewesenem Detail zu visualisieren. Bei einem 73-jährigen männlichen Patienten wurde mittels CTA und Koronarangiographie eine koronare Herzkrankheit mit drei Gefäßen diagnostiziert. Diese Erkrankung erforderte eine koronare Bypass-Operation (CABG).

Um die präoperative Planung zu verbessern, setzte das Operationsteam ein erweitertes Reality-Tool mit einem speziellen KI-gesteuerten Algorithmus ein, 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.

Die Integration dieses 3D-Modells in die XR-Plattform ermöglichte dem Operationsteam die Interaktion mit einer vollständigen 3D-Ansicht der Koronaranatomie des Patienten während der präoperativen Planung und intraoperativen Führung. Das XR-Tool verbesserte die räumliche Orientierung, erleichterte die präzise Lokalisierung von Stenosen und verbesserte die operative Kompetenz des Chirurgen.

Neurochirurgie

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

Da die Blutung sehr tief lag, nutzte das Operationsteam eine erweiterte Realitätsplattform, um sowohl die präoperative Planung als auch die intraoperative Navigation zu verbessern. Mithilfe von VR erstellten sie ein detailliertes 3D-Modell des Gehirns des Patienten, das es ihnen ermöglichte, die optimale chirurgische Trajektorie festzulegen und kritische Strukturen sorgfältig zu vermeiden.

Während des Eingriffs sorgte AR für 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 Hirnverletzungen zu verursachen. Der Patient hat den Eingriff gut vertragen und sich innerhalb von 11 Monaten deutlich erholt.

Anwendungsfall: VR-Handgelenksarthroskopie-Simulator für Chirurgen

XR medizinische Ausbildung: Herausforderungen

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

Budgetzwänge

Ein Haupthindernis für die Einführung von medizinischem XR-Training sind die hohen Kosten für Hardware und Software. Moderne XR-Headsets, haptische Handschuhe und spezielle Plattformen erfordern erhebliche Investitionen. Dies macht XR-Tools für kleinere medizinische Schulen und Krankenhäuser unerschwinglich. So kann beispielsweise ein hochgradig realitätsnahes haptisches Feedbacksystem mehrere zehntausend Dollar kosten, wobei die Kosten für die XR-Headsets und Softwarelizenzen noch gar nicht eingerechnet sind.

Darüber hinaus ist die Integration von XR in bestehende Schulungsprogramme oder Krankenhaussysteme nicht immer nahtlos — sie erfordert zusätzliche Ressourcen für die Aufrüstung der Infrastruktur, wie z. B. leistungsstarke Computer, spezielle Räume und technischen Support.

Um diese Herausforderung zu bewältigen, können Institutionen mit kleineren Pilotprogrammen beginnen, um nach und nach mehr XR-Tools einzubinden. Auf diese Weise können sie die Anfangskosten minimieren und die technischen Integrationsprobleme im Laufe der Zeit bewältigen.

Benutzerakzeptanz

Selbst die beste Technologie kann nichts bewirken, wenn die Menschen nicht bereit sind, sie zu nutzen. Viele praktizierende Chirurgen und Angehörige der Gesundheitsberufe zögern vielleicht, Zeit in das Erlernen der Nutzung von XR-Tools zu investieren, entweder aufgrund eines vollen Terminkalenders oder aufgrund von Skepsis gegenüber ihren Vorteilen.

Einige mögen XR als unnötige Ergänzung zu ihrem ohnehin schon anspruchsvollen Arbeitspensum betrachten, während andere vielleicht traditionelle Schulungsmethoden 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 gemacht werden.

Entwicklung und Standardisierung von Inhalten

Die Erstellung hochwertiger XR-Schulungsinhalte ist ebenfalls eine komplexe Aufgabe. Die Entwicklung realistischer Simulationen, genauer anatomischer Modelle und ansprechender interaktiver Szenarien erfordert spezielles Fachwissen. Der Mangel an standardisierten Lehrplänen und Bewertungsmethoden für XR-basierte Schulungen stellt ebenfalls eine Herausforderung dar.

Um dieses Problem anzugehen, ist eine branchenweite Zusammenarbeit bei standardisierten Schulungsprotokollen unerlässlich, um Konsistenz zu gewährleisten und Vergleiche zwischen verschiedenen Plattformen und Einrichtungen zu erleichtern.

Technische Einschränkungen

Die derzeitige XR-Technologie stößt immer noch an Grenzen, die das Trainingserlebnis beeinträchtigen können. Dazu gehören Einschränkungen bei der grafischen Darstellung, der Verarbeitungsleistung, dem Sichtfeld der Headsets und der Genauigkeit und Zuverlässigkeit der haptischen Feedbacksysteme. Haptische Handschuhe können zwar ein gewisses Maß an Tastsinn vermitteln, aber sie können die komplexen taktilen Empfindungen, die bei einer echten Operation auftreten, nicht vollständig wiedergeben.

Die ständigen Fortschritte in der VR-, AR- und haptischen Technologie verbessern jedoch den Realismus und die Zuverlässigkeit von XR-Systemen. Da sich diese Technologien ständig weiterentwickeln, können wir in naher Zukunft noch realistischere und genauere Simulationen erwarten.

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XR verändert die chirurgische Ausbildung, indem es die Grenzen traditioneller Methoden überwindet und das Lernen praxisnäher macht. Sie ermöglicht es 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 weiteren Entwicklung von XR wird sie eine noch wichtigere Rolle in der medizinischen Ausbildung spielen und Chirurgen dabei helfen, die Fähigkeiten zu erwerben, die sie für eine hervorragende Patientenversorgung benötigen.

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