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Radiologie 29. März 2006

Augmented Reality–Verstärkte Wirklichkeit

Immer leistungsfähigere Computer und hoch auflösende Tomographen ermöglichen Visualisierungstechniken, die vor einigen Jahren noch ins Reich der Science fiction verwiesen worden wären. Alte klinische Probleme, etwa bei der Leberchirurgie, erfahren so faszinierende neue Lösungsansätze.

Bei einer Computer- oder Magnetresonanztomographie (CT, MRT) werden riesige Datenmengen für Schichtbilder generiert. Ein österreichisch-amerikanisches Team um Prof. Dr. Erich Sorantin, Univ.-Klinik für Radiologie in Graz, bemüht sich um das post-processing, also die Weiterverarbeitung solcher Daten zu noch komplexeren Darstellungen.

Ein Team von Experten

Mit dabei sind neben Radiologen, Medizintechnikern und Computergrafikern aus Graz die Mitarbeiter des Departement of Electrical and Computer Engeneering der Universität Iowa (USA), das Institut für maschinelles Sehen der TU Graz und Experten für Visualisierungstechniken von Tiani Medgraph sowie dem VrVis Research Center in Wien. Die Gruppe hat sich die Entwicklung neuer Strategien für die präoperative Bildgebung der Leber zum Ziel gesetzt. In einem ersten Verarbeitungsschritt sollen die Schnittbilder des Tomogramms zu einer dreidimensionalen Rekonstruktion der Lebergefäßarchitektur aufbereitet werden. Dazu muss der Verlauf der Gefäße in mathematische Vektoren gewandelt und so der Gefäßbaum als Produkt vieler Geraden dargestellt werden. Das ermöglicht eine automatisierte Erkennung und Klassifizierung häufiger Gefäßanomalien sowie die Abschätzung der Lebersegmentgrenzen. Das Ergebnis der Aufbereitung ist eine dreidimensionale Darstellung des Gefäßbaumes mit Zuordnung zu den Segmenten der Leber.

Arbeit mit dem Datenhelm

Der nächste Schritt bringt das System in den OP. Die dreidimen-sionalen Bilder können heute über ein ähnlich wie eine Brille getragenes Displayvisier (Head Mounted Display – eine Art Datenhelm) als Augmented Reality, auf Deutsch „Verstärkte Wirklichkeit“, dargestellt werden. Neben einer interaktiven Inspektion der Leberanatomie kann beispielsweise eine Tumorresektion simuliert werden. Ein besonders hilfreiches Werkzeug stellt die Möglichkeit zur präzisen Volumenmessung dar: Sowohl die gesamte Leber als auch virtuell resezierte Anteile oder Tumorherde können vermessen werden. In einer Simulation wurden klinische Situationen verschiedenen Ärzten als zweidimensionale Schichtbilder, dreidimensionale Rekonstruktionen oder als Augmented Reality-Visualisierung präsentiert. Die Probanden mussten anhand der gebotenen Bilder verschiedene Messungen vornehmen und Proportionen abschätzen. Die Abweichungen von den bekannten Werten aus der Simulation wurden erfasst und für die einzelnen Darstellungen verglichen.

Simulierte Lebertumore

Anhand simulierter Lebertumoren – es wurden runde, elliptische oder irregulär geformte Herde„implantiert“ – zeigte sich ein signifikanter Vorteil der Augmented Reality gegenüber 2D- und 3D-Rekonstruktionen: Die teilnehmenden Ärzte konnten genauere Volumenabschätzungen treffen. Ein Effekt, der vor allem bei kleineren Herden deutlich ausgeprägt war.„Leistbare und leistungsstarke Computer und Headsets eröffnen neue Herausforderungen für die verbesserte Planung und Simulation von Operationen“, fasst Sorantin die aktuelle Situation zusammen. Das von der Austrian Medical Image Processing Group entwickelte „Virtual Liver Planning System“ wurde am Europäischen Radiologenkongress ECR 2005 in Wien präsentiert. Die Teilnehmer hatten vor Ort die Möglichkeit, sich selbst davon zu überzeugen, dass Augmented Reality heute im wahrsten Sinne des Wortes Realität geworden ist.

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Dr. Alexander Lindemeier, Ärzte Woche 39/2004

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