Die moderne Neurochirurgie steht an der Schwelle zu einer neuen Ära, in der Technologie und medizinische Expertise auf innovative Weise verschmelzen. Ein vielversprechendes Beispiel hierfür ist die Entwicklung von Augmented-Reality(AR)-Navigationssystemen, die Neurochirurgen während komplexer Eingriffe unterstützen. Diese Systeme, oft in Form von Datenbrillen realisiert, ermöglichen es den Ärzten, in den Kopf des Patienten zu "sehen", anatomische Strukturen in Echtzeit zu visualisieren und so die Präzision und Sicherheit der Operationen zu erhöhen.
Die Herausforderungen der modernen Neurochirurgie
Heutige Eingriffe am Gehirn werden zunehmend mit minimalinvasiven Verfahren durchgeführt. Dies bedeutet zwar kleinere Schnitte und potenziell schnellere Erholungszeiten für die Patienten, bringt aber auch Herausforderungen mit sich. Die Sicht des Operateurs ist eingeschränkt, und er muss sich den zu operierenden Bereich anhand von präoperativen Aufnahmen und intraoperativen, dreidimensionalen Bildinformationen vorstellen. Diese Vorstellungskraft kann jedoch begrenzt sein, und es besteht das Risiko, dass wichtige Strukturen übersehen oder verletzt werden.
Augmented Reality als Lösung
Um diese Herausforderungen zu bewältigen, arbeiten Neurochirurgen am Universitätsklinikum Leipzig (UKL) zusammen mit Partnern an der Entwicklung einer Software, die Augmented Reality (AR) nutzt. Diese Technologie ermöglicht es, computergenerierte Bilder und Informationen in das Sichtfeld des Operateurs einzublenden und so die Realität mit zusätzlichen, wertvollen Daten anzureichern.
Wie funktioniert das AR-Navigationssystem?
Das AR-Navigationssystem basiert auf der Kombination von präoperativen Aufnahmen, die mit Computertomographen (CT) und Magnetresonanztomographen (MRT) erstellt werden, und einer speziell entwickelten Softwarelösung. Diese Software liest die Aufnahmen aus und projiziert die erzeugten Bilder mit Hilfe einer Datenbrille durch das Gewebe hindurch "ins Gehirn".
Konkret bedeutet dies, dass der Chirurg, der die Datenbrille trägt, einzelne Strukturen und ihre Position im Schädel visualisieren kann. Führt er nun ein Instrument über eine kleine Bohrung in das simulierte Gehirn ein, zeigt die Brille auch dessen genaue Position sowie die umliegenden, teils funktionstragenden, Strukturen an.
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Vorteile des AR-Navigationssystems
Die Vorteile dieses Systems sind vielfältig:
- Freie Hände: Der Chirurg hat beide Hände frei, da er kein bildgebendes Instrument halten muss.
- Schutz sensibler Strukturen: Dank der eingeblendeten Lagebilder können hochsensible Strukturen, die nicht berührt werden sollten, sichtbar gemacht und so besser geschützt werden.
- Verbesserte Präzision: Die genaue Visualisierung der anatomischen Strukturen ermöglicht eine präzisere Navigation und minimiert das Risiko von Komplikationen.
- Einsatz in Notfallsituationen: Die Datenbrille könnte direkt im Schockraum der Notaufnahmen zum Einsatz kommen und selbst mit wenig neurochirurgischer Erfahrung einen sicheren Eingriff ermöglichen.
- Kostengünstige Alternative: Eine solche Brille ist derzeit etwa 100-mal preiswerter als heutzutage übliche computergestützte Navigationssysteme für die Neurochirurgie.
Der Weg zum Medizinprodukt
Nachdem die Machbarkeit des AR-Navigationssystems bewiesen wurde, liegt der Fokus nun auf der Weiterentwicklung zu einem marktfähigen Medizinprodukt. Dafür stehen den Forschern 1,4 Millionen Euro Fördergelder der Sächsischen Aufbaubank zur Verfügung.
Virtual Reality als Trainingsinstrument
Neben der Augmented Reality spielt auch die Virtual Reality (VR) eine immer größere Rolle in der Neurochirurgie. Am Universitätsklinikum Minden steht beispielsweise ein neues Trainingssystem namens "Magic Leap" zur Verfügung. Dieses System ermöglicht es mehreren Medizinern, gleichzeitig ein großes dreidimensionales Gehirn inklusive der umliegenden Strukturen und eines Tumors zu betrachten.
Vorteile des VR-Trainingssystems
- Realitätsnahe Simulation: Aus den original CT- und MRT-Daten können individuelle virtuelle 3D-Modelle berechnet und angezeigt werden.
- Gemeinsame OP-Planung: Bis zu vier Ärzte können gleichzeitig über die Anatomie eines Falls oder die OP-Technik diskutieren und beratschlagen.
- Detaillierte Visualisierung: Das virtuelle 3D-Modell kann in alle Richtungen bewegt, hineingezoomt und Schicht für Schicht geöffnet werden.
- Verbesserte OP-Strategie: Das System ermöglicht es, einen Tumor noch vor der Operation von allen Seiten genau anzuschauen, die Lage zu bewerten und die Grenzbereiche zum gesunden Gewebe zu erkennen.
- Ausbildung von Nachwuchskräften: Nachwuchskräfte können vor einer realen OP anhand der genauen Daten einen Fall diskutieren und eine OP-Strategie entwickeln.
Die Rolle der Radiologie und Künstlichen Intelligenz
Die Qualität der virtuellen 3D-Modelle hängt stark von der Qualität der radiologischen Daten ab. Daher werden am Universitätsklinikum Minden High-End-MRTs und ein neuartiger quantenzählender Computertomograph eingesetzt. Zudem werden die radiologischen Daten über eine Künstliche Intelligenz (KI) aufbereitet und interpoliert.
Die Bedeutung des Sehzentrums
Unabhängig von den technologischen Fortschritten in der Neurochirurgie bleibt das Sehzentrum ein zentraler Begriff für das Verständnis der visuellen Wahrnehmung. Das Sehzentrum, auch als primärer visueller Kortex bezeichnet, befindet sich im Hinterhauptlappen des Gehirns und ist für die Verarbeitung visueller Informationen zuständig.
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Aufbau und Funktion des Sehzentrums
Das Sehzentrum besteht aus mehreren Bereichen, die zusammenarbeiten, um ein klares und verständliches Bild der Umwelt zu erzeugen:
- Okzipitallappen: Der hintere Teil des Gehirns, der visuelle Informationen verarbeitet.
- Sehnerv: Überträgt visuelle Reize von den Augen zum Gehirn.
- Visueller Kortex: Der Bereich, in dem diese visuellen Informationen verarbeitet werden.
Das primäre Sehzentrum (V1) ist verantwortlich für die grundlegende Verarbeitung visueller Reize wie Kanten, Farben und Bewegungen. Der sekundäre visuelle Kortex (V2) verarbeitet komplexere Informationen wie Formen und Objektidentifikation.
Störungen des Sehzentrums
Störungen in der Sehrinde können zu einer Vielzahl von visuellen Beeinträchtigungen führen, darunter Einschränkungen im Gesichtsfeld, Schwierigkeiten, Objekte zu erkennen und zu benennen, oder sogar zur Cortex-Blindheit. Die Diagnose von Sehrindenfunktionsstörungen erfolgt in der Regel durch bildgebende Verfahren wie MRT und CT sowie durch visuell evozierte Potentiale (VEPs).
Behandlung von Sehzentrumsstörungen
Die Behandlung von Störungen der Sehrinde zielt darauf ab, die Sehfunktionen wiederherzustellen. Je nach Art und Umfang der Störung gibt es verschiedene Ansätze, die oft eine Kombination aus Medikamenten, operativen Eingriffen und speziellen Trainingsprogrammen umfassen. Die Neuroplastizität, die Fähigkeit des Gehirns, sich an Veränderungen anzupassen und neue neuronale Verbindungen zu bilden, spielt dabei eine wichtige Rolle.
Kinesiologie als ergänzende Methode
Neben den konventionellen medizinischen Behandlungen gibt es auch alternative Ansätze zur Linderung von Sehstörungen oder Augenerkrankungen. Ein Beispiel hierfür ist die Kinesiologie, die davon ausgeht, dass Beschwerden im Bereich der Augen häufig multifaktoriell sind und sowohl körperliche als auch seelische Ursachen haben können.
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Prinzipien der Kinesiologie
Die Kinesiologie basiert auf der Lehre von der Bewegung und nutzt den Muskeltest, um unbewusste Stressreaktionen im Körper aufzudecken. Durch die Identifizierung und Auflösung dieser Stressreaktionen können Blockaden gelöst und die Selbstheilungskräfte des Körpers aktiviert werden.
Anwendungsbereiche der Kinesiologie bei Sehstörungen
Die Kinesiologie kann bei verschiedenen Sehstörungen eingesetzt werden, z.B. bei müden, brennenden Augen, starrem Sehen oder Schwierigkeiten bei der Hand-Augen-Koordination. Durch die Balance von Muskeln, Meridianen und Emotionen können ursächliche Auslöser aufgedeckt und Beschwerden gelindert werden.