Forschungsprojekt nARvibrain: Verbesserte Hirntumordiagnostik und -behandlung
Das Projekt nARvibrain („Augmented Reality supported Functional Brain Mapping for Navigated Surgery Preparation and Education“) verfolgt das Ziel, die Hirntumordiagnostik und -behandlung zu verbessern. Gleichzeitig möchte es das Krankheitsbewusstsein der Patient*innen erhöhen und die Qualität in der medizinischen Ausbildung steigern. Dafür kombiniert das Projekt moderne Methoden der Künstlichen Intelligenz (KI) mit eXtended Reality (XR).
Ein Hirntumor stellt für Patient*innen eine erhebliche physische und psychische Belastung dar. Er zieht zudem ein breites Spektrum an diagnostischen und therapeutischen Maßnahmen nach sich. Vor einer möglichen Tumorentfernung erheben Ärzt*innen routinemäßig Informationen aus der multimodalen Bildgebung und aus funktionellen Tests. Da sowohl die Lage des Tumors als auch die umliegenden eloquenten Hirnregionen berücksichtigt werden müssen, entscheiden diese Informationen über ein optimales Behandlungsergebnis. Denn das Ziel lautet, möglichst viel Tumorgewebe zu entfernen und gleichzeitig essenzielle neurologische Funktionen zu erhalten.
Der Eckpfeiler des Projektes nARvibrain ist die Entwicklung einer ganzheitlichen digitalen Darstellung jedeseiner Patientin. Dieses „digitale Patient*innenmodell“ umfasst alle relevanten strukturellen und funktionellen Bilddaten, Testergebnisse und prädiktiven Simulationsergebnisse. Dafür entwickelt das Projektteam eine semi-automatische, KI-gestützte Bildverarbeitungspipeline. Sie wandelt medizinische Bilddaten in maßgeschneiderte Inputs für Augmented-Reality-Rendering-, Simulations- und Prädiktionspakete um. Dadurch entsteht eine präzise und umfassende Grundlage für klinische Entscheidungen.
(c) FH JOANNEUM GmbH & Medizinische Universität Graz
Von nARvibrain profitieren sowohl Mediziner*innen in ihrer täglichen Praxis als auch Patient*innen und Studierende der Medizin- und Gesundheitsstudiengänge.
Verbesserte Hirntumordiagnostik und Behandlung
Eine zentrale Entwicklung von nARvibrain ist die Augmented-Reality-Unterstützung bei der Funktionstestung mittels transkranieller Magnetstimulation (TMS) oder direkt kortikaler Stimulation (DCS). Das moderne Neuronavigationssystem „CORTEXPLORER“ des Projektpartners cortEXplore GmbH (www.cortexplore.com/software/) wird erweitert. Es erlaubt dadurch nicht nur eine präzise Positionsbestimmung der Stimulationsinstrumente, sondern auch quantitative Aufzeichnungen der Verhaltensreaktionen auf TMS- und DCS-Stimulationen. Dadurch können Ärzt*innen prächirurgische Testungen präziser und schneller durchführen, sodass sich Behandlungsergebnisse verbessern und die Patient*innensicherheit steigt.
Verbesserte Patient*innen-aufklärung
Das Projekt entwickelt außerdem eine prototypische Lösung für eine interaktive 3D-Visualisierung struktureller und funktioneller Bilddaten. Dieses Visualisierungstool unterstützt Medizinerinnen dabei, Patientinnen komplexe Informationen zum Krankheitszustand und zum geplanten Eingriff anschaulicher zu erklären. Auf diese Weise steigt das Verständnis für die eigene Erkrankung und den bevorstehenden Eingriff.
Verbesserte medizinische Ausbildung
nARvibrain trägt auch zur Qualität in der medizinischen Ausbildung bei. Dafür entstehen innovative Lehrmaterialien für die Neuroanatomie. Photogrammetrisch erfasste menschliche Gehirne werden virtuell mit Tumor- und Traktographie-Bilddaten überlagert. Diese Inhalte bilden die Basis für eine Gamification-basierte Didaktik-Plattform. Sie soll das weit verbreitete Phänomen der „Neurophobie“ unter Studierenden reduzieren.
Im Forschungsprojekt nARvibrain liegt der Schwerpunkt auf hirneigenen Tumoren (Gliomen). Die Projektpartner*innen sind überzeugt, dass die Integration von XR-Systemen in medizinische Interventionen weitreichendes Potenzial bietet. Sie kann als Grundlage für ähnliche Anwendungen in anderen klinischen Fachbereichen dienen und dadurch auch über die Neurochirurgie hinaus Wirkung entfalten.
Dieses Projekt wird aus Mitteln der FFG gefördert. www.ffg.at. Programm „IKT der Zukunft“ – eine Initiative des Bundesministeriums für Klimaschutz, Umwelt, Energie, Mobilität, Innovation und Technologie (BMK).
Projektpartner*innen
Details zum Projekt
- Projekt-Kurztitel: nARvibrain
- Projekt-Langtitel: Augmented Reality supported Functional Brain Mapping for Navigated Surgery Preparation and Education
- Fördercall: IKT der Zukunft, 10. Ausschreibung 2021 (FFG)
- Projektpartner*innen:
- RISC Software GmbH (Konsortialführung)
- cortEXplore GmbH
- FH JOANNEUM Gesellschaft mbH
- Medizinische Universität Graz
- Budgetvolumen (gesamt): 1,6 Mio. Euro
- davon Förderung (gesamt): 1,3 Mio. Euro
- Laufzeit: 36 Monate (01.11.2022 – 31.10.2025)
Kontakt
Projektleitung
DI Dr. Stefan Thumfart
Project Manager & Senior Researcher