Störungen der Blutzirkulation im Gehirn (Schlaganfall und Gehirnblutungen) zählen zu den häufigsten Todesursachen in den westlichen Industrieländern. Intrakranielle Aneurysmen, eine der Hauptursachen von Blutungen, können grundsätzlich mit zwei verschiedenen Strategien behandelt werden: Bei der minimal-invasiven, endovaskulären Methode (Coiling) wird das Aneurysma über einen Katheter mit einer Drahtspule aufgefüllt, während bei der neurochirurgischen Methode (Clipping) der Schädel geöffnet wird und ein oder mehrere Titan-Clips auf die Arterie gesetzt werden, die das Aneurysma vom Blutkreislauf abklemmen.
Da das endovaskuläre Verfahren für einfache Aneurysmen immer häufiger eingesetzt wird, wird Clipping nur noch für komplexe Aneurysmen angewendet. Für angehende Neurochirurg*innen wird es somit immer schwieriger, einfache Situationen vorzufinden, an denen sie die notwendige Expertise für komplexe Fälle entwickeln können. Der Operationssimulator VIRTUAL ANEURYSM der Forschungsabteilung Medizin-Informatik soll hier Abhilfe schaffen. Er ermöglicht das Training von Clipping-Eingriffen in verschiedenen virtuellen Szenarien. Das System ist mit zwei haptischen Eingabegeräten mit Force-Feedback sowie einem stereoskopischen Display ausgestattet. Mehrere Aneurysmen-Geometrien mit unterschiedlichem Schwierigkeitsgrad stehen zur Auswahl und die Benutzer*innen können aus einer Liste von über 50 3D-modellierten Clips unterschiedlicher Größe und Form wählen.
Zu Beginn des Trainings üben die Benutzer*innen die richtige Kopflagerung sowie die optimale Positionierung der Kraniotomie für den jeweiligen Fall. Während der eigentlichen Clipping-Operation detektiert der Simulator laufend Kollisionen zwischen Instrumenten und Gewebe und reagiert entsprechend darauf. Die realistische Verformung der Blutgefäße wird in Echtzeit mit einem speziell optimierten Finite-Elemente-Verfahren auf der GPU (Graphics Processing Unit) berechnet und visualisiert. Die resultierenden Kräfte werden an die haptischen Geräte gesendet, sodass der*die Trainierende den Widerstand des Gewebes spüren kann. Montiert an einem der Geräte befindet sich eine Clipping-Zange mit einem Sensor zur Messung des Öffnungswinkels, der in Echtzeit an den Simulator übertragen wird. Je nach gewähltem Schwierigkeitsgrad kann es auch zu einer Ruptur kommen und die Operateur*innen müssen innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne die Blutung stoppen und das geplatzte Aneurysma versorgen.
Nach Ende des Trainings können die Benutzer*innen ihr Ergebnis aus allen Blickwinkeln betrachten. Um eine objektive Bewertung des Trainings zu erreichen, wird der Blutfluss durch die Arterie mit abgeklemmtem Aneurysma berechnet. Dadurch kann unter anderem eine Abschätzung der induzierten Stenose sowie des Restflusses ins Aneurysma getroffen werden, welche in ein abschließendes Bewertungsschema einfließt. Sämtliche Daten eines Trainings werden pro Benutzer*in gespeichert und können jederzeit visualisiert und miteinander verglichen werden.
Dieses Projekt wurde vom Land Oberösterreich sowie von der FFG im Rahmen des BRIDGE Programms gefördert. Partner*innen waren das Kepler Universitätsklinikum Linz (Neuromed Campus und Med Campus III, vormals AKH Linz) und der deutsche Medizintechnikhersteller Aesculap AG, Weltmarktführer für handgehaltene chirurgische Instrumente. Die Forschungsergebnisse stell(t)en die Basis für das darauffolgende Projekt MEDUSA dar.
Dieses Projekt wurde vom Land Oberösterreich sowie von der FFG im Rahmen des BRIDGE Programms gefördert.
Head of Research Unit Medical Informatics
