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Der durchsichtige Patient

26.06.2001 - (idw) Zentrum für Graphische Datenverarbeitung e.V. (ZGDV)

Der durchsichtige Patient

Ein frei schwenkbares, halbtransparentes Display kann zum Ausgabemedium der Zukunft werden. Mit dessen Hilfe blickt der Arzt ins Innere des Patienten, kann Organe, Gewebeteile oder Knochen genau betrachten - ohne den Kranken zu berühren. So lässt sich beispielsweise ein Chirurg während der Operation über das Display wichtige Patientendaten wie dreidimensionale Ultraschallaufnahmen in sein Blickfeld einblenden und muss den Blick nicht von der Eingriffsstelle abwenden. Ein solches Ausgabemedium zu entwickeln, ist das Ziel der Beteiligten im Verbundprojekt MEDARPA. Die Partner realisieren für den medizinischen Arbeitsplatz der Zukunft nicht nur ein derartiges "Augmented Reality"-Fenster zum Patienten, sondern weitere neue Visualisierungs- und Interaktionsverfahren. Das Projekt MEDARPA ist im April gestartet und hat ein Volumen von rund 8 Millionen Mark bei einer Laufzeit von drei Jahren. Die Arbeit der interdisziplinären Forschergruppe - unter der Führung des Zentrums für Graphische Datenverarbeitung (ZGDV) in Darmstadt - wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit insgesamt zirka 5,9 Millionen Mark gefördert. Neben dem ZGDV forschen und entwickeln folgende Partner im Verbundprojekt MEDARPA: das Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD und die MedCom GmbH, beide in Darmstadt; die Medintec GmbH in Bochum; die Gesellschaft für Medizintechnik mbH in Weiterstadt; die Städtischen Kliniken Offenbach; die Universitätsklinik Frankfurt und das Klinikum Nürnberg Nord.

MEDARPA richtet sich gezielt an den Bedürfnissen der operierenden Ärzte aus. Zusammen mit den klinischen Partnern werden für die Bereiche Herzchirurgie, Pulmologie und Radioonkologie neue Lösungen entwickelt. Zwar haben die bildgebenden Verfahren der Informationstechnik die Diagnostik schon revolutioniert: Ultraschall, Röntgenstrahlen oder die magnetische Resonanz erzeugen sehr detaillierte und anschauliche Bildinformationen über den Zustand von Organen, Gewebeteilen und Knochen. Erst in Ansätzen verwirklicht ist dagegen die Computerunterstützung bei der Intervention, d. h. beim Eingriff ins Körperinnere mit Hilfe von Instrumenten. Die MEDARPA-Forscher wollen dies ändern. Vor der Operation werden die einzelnen Datensätze des Patienten aus Ultraschall, Computertomographie und Röntgenaufnahme im Rechner zu dreidimensionalen Modellen zusammengefügt und stehen dem Arzt vor und während des Eingriffs zur Verfügung. Eingeblendet werden ihm die relevanten Patientendaten über ein semitransparentes Display (das AR-Fenster), das sich mittels Schwenkarm über der Eingriffsstelle platzieren lässt. Vor seinem Auge entsteht ein "gläserner" Körper. "Der Chirurg kann sich die Computergrafiken einblenden lassen, die er aktuell benötigt und erhält so Einblick in tiefer liegende Strukturen", so beschreibt Michael Schnaider, Leiter der Abteilung "Visual Computing" am ZGDV, die Vorteile der innovativen Ausgabetechnik. Somit kann der Arzt seine chirurgischen Instrumente präziser setzen. Das ist insbesondere in der Neurochirurgie und der Endoskopie wichtig, denn hier ist bei Eingriffen millimetergenaues Vorgehen unerlässlich.

Die Ergebnisse von MEDARPA könnten die Endoskopie wie auch die minimal invasive Chirurgie entscheidend verbessern. Denn bei beiden Methoden muss der Arzt die Instrumente durch natürliche Körperöffnungen oder möglichst kleine Einschnitte einführen und dann vorsichtig bis zur Operationsstelle vordringen. Mit Hilfe des MEDARPA-Displays kann der Chirurg die Position der Instrumente genau erkennen und gleichzeitig erhält er die Aufnahmen der endoskopischen Minikamera aus dem Körperinnern eingeblendet. Die Technologie der "Augmented Reality" (AR) - der so genannten Erweiterten Realität, in der sich Computererzeugte Informationen und Realität überlagern, ist nicht neu. Doch für Chirurgen gibt es bisher nur die Möglichkeit, sich über eine Datenbrille die Zusatzinformationen einblenden zu lassen. Solche Head Mounted Displays lehnt die Mehrzahl der Chirurgen aus ergonomischen Gründen ab, denn Datenhelme, Kameras und Kabel schränken die Blick- und Bewegungsfreiheit ein. Das halbtransparente Display der MEDARPA-Forscher unterstützt die Mediziner, ohne sie zu behindern. Außerdem werden deren neu entwickelte Systeme auf natürliche Interaktionstechniken wie Gesten und Sprache reagieren, damit sich der Chirurg uneingeschränkt auf das Operationsfeld konzentrieren kann.

Die größten Herausforderungen im MEDARPA-Projekt sind zum einen die Entwicklung des semitransparenten Displays und zum anderen die genaue Positionsbestimmung, das so genannte Tracking. Denn Realität und Computer-erzeugte Bilder müssen sich präzise überlagern. "Abweichungen von einem Grad reichen schon aus, um den Eindruck zu zerstören", so Michael Schnaider. Um Differenzen zu minimieren müssen ständig die Blickrichtung des Arztes, die Körperposition des Patienten, des Displays und der Instrumente bestimmt und in Echtzeit neu berechnet werden. Sind diese kritischen Punkte gelöst, können die im MEDARPA-Projekt entwickelten Systeme nicht nur den Operationssaal erobern, sondern auch die Aus- und Weiterbildung sowie das Training der Mediziner verbessern. Doch auch für andere Arbeitsplätzen sind das Display und die neuen Visualisierungs- und Interaktionstechniken geradezu prädestiniert: So könnte sich beispielsweise ein Wartungstechniker über das stationäre Display relevante Zusatzinformationen einblenden lassen, die ihm helfen eine Maschine zu reparieren.

Detaillierte Informationen zu MEDARPA erhalten Sie in Kürze unter der URL:

http://www.medarpa.de

Kontakt
Michael Schnaider
ZGDV Darmstadt
Telefax: 06151-155451
E-Mail: michael.schnaider@zgdv.de


Kurzprofil INI-GraphicsNet:

Das internationale Netzwerk der Graphischen Datenverarbeitung (INI-GraphicsNet) besteht aus dem Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD, dem Zentrum für Graphische Daten-verarbeitung (ZGDV) e.V., beide in Darmstadt und Rostock, und dem Fachgebiet Graphisch-Interaktive Systeme (GRIS) der Technischen Universität Darmstadt. Weitere Institutionen des Netzwerkes sind das Fraunhofer-Anwendungszentrum für Computergraphik in Chemie und Pharmazie (AGC) in Frankfurt, das Fraunhofer Center for Research in Computer Graphics (CRCG) in Providence, Rhode Island (USA), das Fraunhofer Centre for Advanced Media Technology (CAMTech) in Singapur und das Centro de Computação Gráfica (CCG) in Guimarães und Coimbra (Portugal).

Innerhalb des Netzverbundes sind an den sechs Standorten über 300 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter sowie rund 560 wissenschaftliche Hilfskräfte beschäftigt. Bei einem Haushalt von über 41 Millionen EURO bildet das INI-GraphicsNet weltweit den größten Forschungsverbund auf dem Gebiet der Graphischen Datenverarbeitung.

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