Basler Forscher eröffnen neue Chancen für Diagnostik, Operationsplanung, und Ausbildung
Um festzulegen, wo bei Operationen geschnitten werden soll, müssen Chirurgen zuvor teils stundenlange Nachzeichnungen der zu operierenden Körperteile vornehmen – die sogenannte Segmentierung. In einem neuen Verfahren werden, gestützt auf den Einsatz von Computertopographie-Datensätzen des Patienten, durch „Volume Rendering“ bewegliche Bilder in Echtzeit berechnet, die die Segmentierung ersetzen.
Diese Innovation ist Teil des von der Werner Siemens-Stiftung mit 15,2 Millionen Franken geförderten MIRACLE-Projekts welche die minimal invasive Knochenbearbeitung mittels Laserstrahlen zum Ziel hat. Im Rahmen des Leuchtturmprojekts am Department of Biomedical Engineering wurden neue Möglichkeiten von Grafikberechnung in Echtzeit und Virtual Reality für den Operationssaal nutzbar gemacht. Das Departement of Biomedical Engineering wurde 2015 im Switzerland Innovation Park Basel Area eröffnet.
Die etablierte Technik des Volume Rendering konnte bis vor kurzem nicht in Echtzeit auf handelsüblicher Hardware berechnet werden und wurde für die Medizin in der in Basel entwickelten Form noch nicht nutzbar gemacht. Besonders herausfordernd ist, dass eine störungsfreie Bildwiedergabe erst ab mindestens 180 generierten Bildern pro Sekunde möglich ist – je 90 Bilder für das linke und rechte Auge. Dank ausgeklügelter Programmierung unter Ausnutzung moderner Grafikkarten hat es das Team unter der Leitung von Prof. Dr. Philippe C. Cattin geschafft, die Berechnungen so zu beschleunigen, dass die notwendige Bildrate erreicht wird. Kombiniert mit der neusten Generation von Virtual Reality-Brillen können somit weltweit erstmals Patientenbilddaten in für Chirurgen nutzbarer Qualität virtuell aufbereitet werden. Die Benutzer können virtuell mit beispielsweise dem zu operierenden Hüftknochen interagieren, ihn vergrössern, aus der Nähe betrachten oder auch die Beleuchtungsrichtung anpassen. Eine besondere Herausforderung war dabei, den Schattenwurf in Echtzeit zu berechnen, was relevant für einen guten Tiefeneindruck ist.
Entwicklungen in der Spieleindustrie und neueste Generationen an Consumer Hardware begünstigten diesen Erfolg, der der Medizin den Zugang zu dreidimensionalen „Testräumen“ ermöglicht. Grosses Interesse haben aber auch bereits Museen bekundet. Sie sehen darin Möglichkeiten, Besuchern die intuitive und zerstörungsfreie Erkundung des Inneren von Exponaten wie beispielsweise Mumien zu ermöglichen. Grosses Potential sieht Philippe Cattin, Inhaber der Professur für Image-Guided Therapy an der Medizinischen Fakultät, jedoch vor allem in Diagnostik, Operationsplanung und medizinischer Ausbildung.