COMPASS MAGAZINE #10
COMPASS MAGAZINE #10

MEDIZIN UND WISSENSCHAFT VIRTUALISIEREN Forscher entdecken verborgene Welten mit immersiver virtueller Realität

Über Jahrhunderte waren medizinische und wissenschaftliche Entdeckungen auf das beschränkt, was Forscher tatsächlich sehen konnten. Dank fortschrittlicher Rechenleistung und immersiver virtueller Realität stehen Forschern heute Tools zur Verfügung, mit denen sie ein schlagendes Herz von innen heraus betrachten oder erstmals biologische Vorgänge sichtbar machen können, die für die Bildung einer Zelle und ihre Differenzierung verantwortlich sind.

Die Möglichkeiten der immersiven virtuellen Realität verändern viele Fachgebiete, einige der innovativsten Neuerungen kommen jedoch aus der Welt der Wissenschaft und Medizin.

In der Medizin z.B. hängen Leben und Tod oft von der Geschwindigkeit, Präzision und Sicherheit eines medizinischen Verfahrens ab. Mit den Systemen der virtuellen Realität (VR) und der Augmented Reality (erweiterte Realität, AR) stehen Medizinern nun Mittel zur Verfügung, mit denen sie schwierige Operationen ohne Risiko an virtuellen Patienten planen und erproben können. Auf Basis digitaler Untersuchungen wie CT-Scans und MRT- Aufnahmen können sogar individuelle physiologische VR-Modelle erstellt werden.

Eine solche Anwendung hat das Unternehmen HTC Vive mit Surgical Theater auf den Markt gebracht.

„Ursprünglich lag unser Schwerpunkt auf Gehirntumoren bei Kindern, wo alles sehr klein und eng ist“, so Hervé Fontaine, Vizepräsident für B2B Virtual Reality bei HTC Vive.

 „SIE WÜRDEN BEI EINEM ECHTEN PATIENTEN NICHT MIT UNTERSCHIEDLICHEN IMPLANTATEN EXPERIMENTIEREN, BEI EINEM VIRTUELLEN MODELL DES PATIENTEN KÖNNEN SIE ABER PROBLEMLOS UNTERSCHIEDLICHE VARIANTEN AUSPROBIEREN, UM DIE OPTIMALE LÖSUNG ZU FINDEN.“

ANDREW NARRACOTT DOZENT FÜR MEDIZINISCHE PHYSIK, INSIGNEO-INSTITUT FÜR IN SILICO MEDIZIN, UNIVERSITÄT SHEFFIELD

„Surgical Theater generiert eine überlebensgroße VR-Umgebung,die der Chirurg begehen kann, sodass er sich den Tumor aus allen Perspektiven ansehen und die beste Herangehensweise z.B. für eine OP erarbeiten kann. Die Erfolgsquote ist dadurch immens gestiegen.“ Auch die chirurgische Ausbildung profitiert von den Möglichkeiten der virtuellen Realität.„ Die Übungsumgebung muss sehr akkurat sein“, erklärt David Weinstein, Direktor für Professional VR bei NVIDIA, einem der führenden Entwickler von Grafikprozessoren. „Das digitale Modell des Patienten muss sich aus physikalischer Sicht exakt wie im echten Leben verhalten. Es gibt einen sehr komplizierten Objektver- folgungsalgorithmus, der erkennen muss, wenn sich zwei Objekte annähern, und wie sie auf Berührung reagieren, z.B. wenn ein Skalpell Körpergewebe berührt. Deshalb entwickeln wir Programmbibliotheken, um die haptische Wahrnehmung im Audio- und Video-Bereich zu unterstützen.“

EXAKTE PHYSIOLOGISCHE VR-MODELLE

Pete Johnson ist Vizepräsident für Strategic Business Development bei zSpace, einem Hersteller von kundenspezifischen Workstations für die Betrachtung und Anpassung von medizinischen 3D-Modellen in VR.

„Im Living-Heart-Projekt haben wir z.B. mit Dassault Systèmes (dem Herausgeber von Compass) sowie zahlreichen wissenschaftlichen Experten weltweit zusammengearbeitet und ein exaktes Modell eines schlagenden Herzens generiert, an dem man seine Funktionsweise im Körper beobachten kann“, erklärt Johnson. „Das ist bei einem toten Körper nicht möglich. Das Modell simuliert das dynamische Verhalten von mechanischen Strukturen und Flüssigkeiten, sodass es in allen Bereichen, von der Patientenberatung über die OP-Vorbereitung bis hin zur medizinischen Forschung, eingesetzt werden kann.“

Im Rahmen des von der EU finanzierten Projekts „Virtual Physiological Human“ (VPH) arbeiten Forscher am Insigneo Institut für In Silico Medizin an der Universität Sheffield an der Entwicklung von 3D-Modellen wesentlicher Teile des menschlichen Körpers mit.

„Das Projekt umfasst die Entwicklung von Simulationen und Modellen des menschlichen Körpers, die einzeln oder zusammen zur Erforschung komplexer wissenschaftlicher Fragestellungen eingesetzt werden können, z.B. um die Behandlungsmethoden für Erkrankungen des Herz-Kreislauf-Systems, des Muskelsystems, des Auges oder des Verdauungstrakts zu verbessern“, so Andrew Narracott, Dozent für Medizinische Physik an der Universität Sheffield. „Der Schwerpunkt liegt darauf, diese Erkenntnisse in klinische Abläufe zu überführen, sodass Mediziner sie
in der Praxis anwenden können.“

In der Chirurgie z.B. ist die „Möglichkeit, viele verschiedene Szenarien auszuprobieren, die im wirklichen Leben zu riskant wären, ein wesentlicher Vorteil“, so Narracott.

„Sie würden bei einem echten Patienten zum Beispiel nicht mit unterschiedlichen Implantaten experimentieren, bei einem virtuellen Modell des Patienten können Sie aber problemlos unterschiedliche Varianten ausprobieren, um die optimale Lösung zu finden. Das geht natürlich auch an einem Computerbildschirm, ein VR-System bietet jedoch ganz neue Möglichkeiten der Interaktion mit den Ergebnissen dieser Simulationen.“

ZELLEN MIT VR ENTDECKEN

Während medizinische Forscher am Einsatz von VR-Systemen für Behandlungsszenarien arbeiten, verwenden Wissenschaftler die Technologie, um die grundlegenden biologischen Prinzipien zu verstehen, die hinter dem Aufbau eines Organismus stehen.

„Spricht man über Zellen, weiß jeder, was sie tun, aber wie sie das machen... das ist immer noch ein Rätsel“, erklärt Reza Sadeghi, Managing Direcor von BIOVIA, einer Marke von Dassault Systèmes. „Man kann keine Kamera ins Innere einer Zelle bringen, aber inzwischen verstehen wir die Vorgänge gut genug, um sie zu simulieren. Und es steht ausreichend Rechenleistung zur Verfügung, um Algorithmen zu generieren, die Gleichungen in Erfahrungen übersetzen.“

VR-Technologie gepaart mit fortschrittlicher Rechenleistung wird die Art und Weise verändern, wie künftig geforscht wird, so Sadeghi.

„Wenn wir sehen können, was tatsächlich passiert, können wir die Lücken in unserem Wissen viel besser schließen“, erklärt er. „Die Simulationen sind noch nicht ganz perfekt, aber nahezu, und wir haben jetzt eine Plattform, auf der wir alle Fachbereiche in einer wirklich kollaborativen Umgebung zusammenbringen können. Das wird die wissenschaftliche Forschung immens voranbringen.“ ◆

von Joseph Knoop Zurück zum Seitenbeginn
von Joseph Knoop

Sehen Sie das Surgical Theater von HTC im Einsatz :
http://3ds.one/SurgicalVR