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Virtual Reality in der Medizin

Technische Hilfsmittel finden in der Medizin vielseitig Verwendung. Erfahren Sie, wie Operationen bald vom Bildschirm aus gesteuert werden.

Die digitale Revolution

Eine immer schneller werdende Entwicklung

Technische Innovationen und digitaler Fortschritt haben sich seit der Jahrtausendwende massiv beschleunigt. Immer kleinere Bauteile und immer größere Rechenleistungen ermöglichen mehr und mehr Funktionen in Computern und anderen Geräten. Diese Entwicklung zeigt sich ebenso im medizinischen Sektor. Technische Neuerungen helfen längst in Praxis und Ausbildung.

So sind Computer und Apps längst unverzichtbare Helfer im medizinischen Alltag geworden. Neue Ansätze und Therapieoptionen eröffnen nun auch die Technologie der virtuellen oder ‚erweiterten’ Realität. Die Möglichkeiten für medizinische Behandlungen, die sich durch den Einsatz dieser Technik erschließen, sind vielfältig und erstrecken sich auf verschiedene Fachbereiche.

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Seit einigen Jahren arbeiten Informatiker und Techniker daran, das Sehen und das Sichtbare zu erweitern. Virtual Reality - also virtuelle Realität oder Augmented Reality (erweiterte Realität) - sind hier die Stichworte. Mit dieser Technik kann mehr als nur die reale Umgebung gesehen werden. Die virtuelle Realität ermöglicht es, sich in künstlichen Welten zu bewegen. So taucht man zum Beispiel durch eine spezielle Brille förmlich in eine computergenerierte virtuelle Umgebung ein, in der man sich interaktiv bewegt – dieser Zustand wird in der Fachsprache auch Immersion genannt. Der Nutzer fühlt sich, als bewege er sich tatsächlich in der virtuellen Realität. Die Idee einer solchen graphischen Darstellung einer virtuellen Umgebung vor dem Auge ist bereits in den 1960er Jahren erstmals aufgekommen. Marktreife und eine weitere Verbreitung erlangte die Technologie allerdings erst ab den 2010er Jahren. Im Gegensatz zur virtuellen Realität werden in der erweiterten Realität (Augmented Reality) in die tatsächlich sichtbare, von Kameras erfasste Umgebung zusätzliche visuelle Elemente eingefügt. Diese können auf Bildschirmen von Smartphones und anderen Geräten oder mittels Brille direkt vor dem Auge sichtbar gemacht werden.

Neue Blickwinkel: Erweiterte Realität in der Chirurgie

Chirurgen müssen sich während Operationen sicher durch komplexe anatomische Begebenheiten bewegen. Bildgebungsverfahren, wie Magnetresonanztomogaphie (MRT) oder Computertomographie (CT) helfen den Ärzten, sich vor dem Eingriff ein Bild von der individuellen Anatomie des Patienten zu machen. Schon lange sind in Operationssälen Bildschirme im Einsatz, an denen die Ärzte während der Operation erneut einen Blick auf die vorliegenden Bilder werfen können, um sich so besser zu orientieren. Hier eröffnet sich eine Einsatzmöglichkeit für die Technik der erweiterten Realität. Diese steht momentan kurz vor dem Sprung von Forschung und Prototypen zum tatsächlichen Einsatz in Operationssälen. So kann es in nicht allzu ferner Zukunft möglich sein, dass Aufnahmen aus vorangegangenen Bildgebungsverfahren direkt in das Gesichtsfeld des Operateurs projiziert werden. Die Chirurgen müssen dadurch nicht mehr abwechselnd auf das Operationsfeld und die Bildschirme blicken.

Diese mittels Brille direkt vor dem Auge erscheinenden Zusatzinformationen können das Vorgehen gerade bei komplexen Eingriffen erleichtern. Vor dem tatsächlichen Einsatz von erweiterter Realität im OP-Saal erfordert es jedoch noch etwas Entwicklung und Arbeit – um beispielsweise dafür zu sorgen, dass die eingeblendeten Aufnahmen das reale Operationsfeld exakt überlagern. Eine bereits praxistaugliche Innovation wurde 2017 vorgestellt. Forscher haben ein System entwickelt, dass Operateuren bei Krebs-OPs helfen kann, alle betroffenen Lymphknoten in der Umgebung des Tumors erfolgreich zu entfernen. Dem Patienten wird ein fluoreszierender Farbstoff injiziert und markiert so die Lymphknoten. Kameras registrieren dies. Dadurch wird eine dreidimensionale Darstellung der Lymphknoten über eine sog. Augmented-Reality-Brille direkt vor den Augen des Operateurs ermöglicht. Eine vollständige Entfernung des betroffenen Gewebes wird so auf eindrucksvolle Weise erleichtert.

Medizinerausbildung profitiert bereits von virtueller Realität

Während die erweiterte Realität im OP noch vor dem Sprung in die Praxis steht, nutzen Unis mancherorts bereits die Möglichkeiten, die sich durch virtuelle Realität bieten, um ihre Studierenden auszubilden. So setzt beispielsweise die Universität Ulm Virtual Reality in der Ausbildung ein. In einem „VR-Lab“ können angehende Ärzte die komplexe Anatomie des menschlichen Herzens in 3D „begreifen“ und so einen Blick auch in das Organ werfen. Virtuelle Realität wird hier für eine bessere räumliche Orientierung genutzt. An der Universität Ulm hat sich in der anatomischen Ausbildung der Wechsel von Plastikmodellen zur digital gestützten dreidimensionalen Darstellung bewährt und wird daher weiter ausgebaut. So können die Studierenden inzwischen auch anhand eines virtuellen Darmmodells ihre anatomischen Kenntnisse vertiefen.

Auch in der Facharztausbildung von Chirurgen werden die Methoden der virtuellen Realität bereits eingesetzt. Verschiedene Programme ermöglichen die Durchführung einer virtuellen Operation mittels Schlüsselloch-Technik. Das Vorgehen des angehenden Chirurgen während der Simulation kann aufgezeichnet und im Anschluss analysiert werden. So können Operationstechniken an Modellen simuliert und geübt werden, bevor sie erstmals an realen Patienten angewandt werden.

Flucht in virtuelle Welten als Mittel gegen Schmerz?

Auch im Bereich des Schmerzmanagements eröffnen sich Möglichkeiten zum Einsatz von Technologien der virtuellen Realität. So konnten Studien positive Effekte durch den Einsatz von virtueller Realität sowohl bei akuten als auch chronischen Schmerzen nachweisen. Eine Untersuchung zeigte eine Verringerung von Schmerzen bei Patienten mit Brandverletzungen, die mittels Laptop, Kopfhörern und Virtual-Reality-Brille in andere Welten abtauchen konnten. Dass Ablenkung während schmerzhafter Prozeduren die Schmerzempfindung verringern kann, wissen die meisten Menschen aus ihrer eigenen Erfahrung. Auch Virtual Reality ermöglicht eine effektive Ablenkung durch das Abtauchen in eine virtuelle Umgebung. Forscher von der Universität Barcelona untersuchen eine weitere Einsatzmöglichkeit von Virtual Reality zur Verringerung von Schmerzen bei Eingriffen.

Es ist bereits länger bekannt, dass das Betrachten des eigenen Körpers während einer schmerzhaften Prozedur die Schmerzwahrnehmung reduziert. Die spanischen Wissenschaftler fanden in ihrer Untersuchung heraus, dass dies auch der Fall ist, wenn Probanden einen mittels Virtual Reality erzeugten Körper betrachten. Ob und wie sich diese Erkenntnis klinisch einsetzen lässt, ist Gegenstand weiterer Forschungen. In der Behandlung von chronischen Schmerzen könnte sich Augmented Reality (erweiterte Realität) als nützlich erweisen. So konnte eine Verbesserung der Symptomatik bei Patienten mit Phantomschmerzen nach Arm-Amputationen nachgewiesen werden. Hierfür wurde mittels am Stumpf angebrachten Sensoren ein virtueller Arm auf einem Bildschirm erstellt und angezeigt. Diesen bewegten und trainierten die Studienteilnehmer. Mit dem Ergebnis, dass sich bei den meisten von ihnen eine Verringerung der Phantomschmerzen ergab.

Virtuelle Realität im Rahmen von Rehabilitation

Die Wirksamkeit des Einsatzes von Virtual Reality und interaktiven Computerspielen in der Rehabilitationsbehandlung von Schlaganfallpatienten ist Gegenstand aktueller Forschung. Es wird untersucht, ob Patienten mithilfe dieser Technologien schneller und besser Fähigkeiten wiedererlangen, die sie durch den Hirninfarkt verloren haben. Traditionell beinhaltet Rehabilitation das Üben und Trainieren von alltäglichen Handlungsabläufen.

Die virtuelle Realität bietet prinzipiell den Vorteil, dass auch Situationen und Tätigkeiten geübt werden können, die real im Krankenhaus nicht möglich sind. Außerdem geht man von einer besseren Motivation durch ansprechende und interessante Programme aus. So kann virtuelle Realität dabei helfen, die Funktion von Gliedmaßen zu verbessern, indem die Patienten diese regelmäßig virtuell bewegen. Eine Übersichtsarbeit ergab jedoch, dass positive Effekte dieser Behandlungsform gegenüber konventionellen Methoden bislang nur in geringem Umfang nachweisbar sind.

Psychotherapie mithilfe virtueller und erweiterter Realität

„Der Angst ins Auge blicken“ – mittels virtueller Realität wird dies im eigentlichen Wortsinne möglich. Klassischerweise werden Angststörungen mithilfe von Verhaltenstherapie behandelt. Eine Expositionstherapie, in der der Patient mit dem Angstauslöser konfrontiert wird, ist in manchen Fällen in der Praxis nur schwer zu realisieren. Mit Virtual Reality-Brillen ist es hingegen möglich, bestimmte Situationen zu simulieren ohne dass eine tatsächliche Gefahr besteht. Der therapeutische Effekt ist jedoch ebenso groß wie bei einer realen Konfrontation.

Auch Krankenhauspatienten können vom Einsatz der virtuellen Realität profitieren. Es werden Programme erprobt, die dabei helfen sollen, die psychische Belastung von Kranken zu verringern. Hierfür können sie dem Krankenhaus- oder Heimalltag durch virtuelle Reisen in die Natur entfliehen oder angeleitete Entspannungs- oder Atemübungen durchführen. Ziel des Einsatzes ist es, die psychische Belastung zu verringern und so eine Verkürzung der Behandlungsdauer zu ermöglichen. Denn dass Stress die Genesung verzögern kann ist bereits lange bekannt.

Die Zukunft im Operationssaal

Viele Ansätze – und noch viel zu tun

Die genannten Einsatzmöglichkeiten für virtuelle oder erweiterte Realität in der Medizin sind nur Beispiele für die Vielfalt an denkbaren Anwendungen. Preisgünstige Verfügbarkeit und Anwendungskomfort sind nur zwei Aspekte, bei denen es noch Entwicklungsbedarf gibt.

Nicht zuletzt entscheidet auch die Bereitschaft von Ärzten und Patienten sowie deren Vertrauen in die Nutzung dieser Technologien darüber, ob virtuelle und erweiterte Realität schon bald alltägliche Anwendung in der Behandlung finden.

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