Operations-Trainingssysteme in der Medizin
Schlüssellochchirurgie will gelernt sein – aber möglichst nicht am lebenden Patienten. Der angehende Arzt übt die schwierigen Techniken an einem künstlichen Ersatz, der ihm durch ausgefeilte Computersimulationen eine lebensechte Operationssituation vorspiegelt.
© (Ausschnitt)
Operieren am Computermodell
Simulatoren helfen dem angehenden Mediziner, das notwendige Fingerspitzengefühl zu erwerben.
Gespannte Ruhe und höchste Konzentration im Operationssaal. Der Chirurg hat das Auge des Patienten von beiden Seiten angestochen, ohne Hornhaut oder Linse zu verletzen. In einer der Nadeln steckt eine Lichtquelle, in der anderen eine Miniaturpinzette. Mit der schält er mit äußerster Vorsicht eine trübe Membran ab, die sich infolge einer diabetischen Erkrankung vor der Netzhaut des Patienten gebildet hat und sein Sehvermögen beeinträchtigt. Ein Operationsmikroskop bietet durch Linse und Hornhaut hindurch dem Arzt einen vergrößerten Blick auf das Arbeitsfeld; aber es vergrößert natürlich auch jede seiner Handbewegungen, mit denen er Lichtquelle und Pinzette steuert.
Da die Membran am Untergrund haftet, muss sie mit einer gewissen Kraft abgezogen werden – aber nicht zu viel, sonst reißt sie, und das verbleibende Stück muss mit viel Sorgfalt neu gegriffen werden. Mit viel Fingerspitzengefühl führt der Arzt die Pinzette an die richtige Stelle – und ein bisschen zu weit. Die Netzhaut wird verletzt, Blut tritt aus und überschwemmt das Innere des Auges. Die Operation ist misslungen.
Muss der Patient fortan mit einer einseitigen Blindheit leben? Nein! Es gibt ihn nämlich gar nicht. Das Auge ist eine mechanische Nachbildung zu Trainingszwecken. Das Operationsbesteck ist echt, ebenso die Okulare des Operationsmikroskops. Aber das Bild, das der übende Arzt sieht, kommt aus dem Computer. Das Ganze ist ein Operationssimulator: Ähnlich den Flugsimulatoren, in denen die Piloten ihr Handwerk lernen, erzeugt das Gerät bei seinem Benutzer eine (fast) perfekte Illusion der Realität.
Auf den Miniaturbildschirmen des nachgemachten Operationsmikroskops sieht er unmittelbar die Folgen seines Tuns. Sowie er nämlich die (echte) Pinzette bewegt, bestimmt die Maschine mit Hilfe von Kameras deren neue Position, berechnet durch Lösen von Differenzialgleichungen, wie die Pinzette auf ihre Umgebung einwirken würde, und zaubert das zugehörige Bild aufs Display. Das alles in weniger als einer Fünfzigstelsekunde, damit die Illusion nicht zusamnenbricht.
Das ist mit konventioneller Programmierung nicht zu schaffen. Am Institut für computerunterstützte Medizin (ICM) in Mannheim, einer Gemeinschaftseinrichtung der Universitäten Mannheim und Heidelberg, hat eine Arbeitsgruppe unter Leitung des Physikers Reinhard Männer Hard- und Software so optimiert, dass die kompliziertesten Augenoperationen getreulich nachgespielt werden können ("Operations-Trainingssysteme in der Medizin" von Daniel Gembris, Jürgen Hesser und Reinhard Männer, Spektrum der Wissenschaft, Februar 2007).
Ähnliches Fingerspitzengefühl erfordert die Kunst, einem Patienten einen Endoskopschlauch so gefühlvoll in den Darm zu schieben, dass er nirgendwo stecken bleibt oder – noch schlimmer – durch ungeschicktes Zustoßen die Darmwand verletzt. Und wenn beim drohenden oder schon eingetretenen Herzinfarkt ein Ballon in das verstopfte Herzkranzgefäß eingeführt und aufgeblasen wird, um dem Blut wieder ungehinderten Durchfluss zu verschaffen, gilt es, einen dünnen Führungsdraht unter Kontrolle durch das Röntgenbild in die richtigen Abzweigungen zu manövrieren. Auch für diese beiden Aufgaben sind am ICM Simulatoren entwickelt worden.
Der Nutzen dieser Bemühungen liegt auf der Hand. Niemand möchte gerne derjenige sein, an dem der hoffnungsvolle Assistenzarzt seine ersten Fingerübungen macht. Und wer mit einem akuten Herzinfarkt auf dem Operationstisch liegt, hat, wenn er überleben will, nicht die Zeit, einen Anfänger in seinen Herzkranzgefäßen herumstochern zu lassen. Zunehmend wird daher das Simulatortraining Bestandteil der Mediziner-Ausbildung.
Universitätsforschung erweist sich in diesem Zusammenhang als unmittelbar nützlich und sogar finanziell erfolgreich: Aus dem ICM sind bereits zwei Firmen für Operations-Trainingssysteme ausgegründet worden.
Simulatoren helfen dem angehenden Mediziner, das notwendige Fingerspitzengefühl zu erwerben.
Gespannte Ruhe und höchste Konzentration im Operationssaal. Der Chirurg hat das Auge des Patienten von beiden Seiten angestochen, ohne Hornhaut oder Linse zu verletzen. In einer der Nadeln steckt eine Lichtquelle, in der anderen eine Miniaturpinzette. Mit der schält er mit äußerster Vorsicht eine trübe Membran ab, die sich infolge einer diabetischen Erkrankung vor der Netzhaut des Patienten gebildet hat und sein Sehvermögen beeinträchtigt. Ein Operationsmikroskop bietet durch Linse und Hornhaut hindurch dem Arzt einen vergrößerten Blick auf das Arbeitsfeld; aber es vergrößert natürlich auch jede seiner Handbewegungen, mit denen er Lichtquelle und Pinzette steuert.
Da die Membran am Untergrund haftet, muss sie mit einer gewissen Kraft abgezogen werden – aber nicht zu viel, sonst reißt sie, und das verbleibende Stück muss mit viel Sorgfalt neu gegriffen werden. Mit viel Fingerspitzengefühl führt der Arzt die Pinzette an die richtige Stelle – und ein bisschen zu weit. Die Netzhaut wird verletzt, Blut tritt aus und überschwemmt das Innere des Auges. Die Operation ist misslungen.
Muss der Patient fortan mit einer einseitigen Blindheit leben? Nein! Es gibt ihn nämlich gar nicht. Das Auge ist eine mechanische Nachbildung zu Trainingszwecken. Das Operationsbesteck ist echt, ebenso die Okulare des Operationsmikroskops. Aber das Bild, das der übende Arzt sieht, kommt aus dem Computer. Das Ganze ist ein Operationssimulator: Ähnlich den Flugsimulatoren, in denen die Piloten ihr Handwerk lernen, erzeugt das Gerät bei seinem Benutzer eine (fast) perfekte Illusion der Realität.
Auf den Miniaturbildschirmen des nachgemachten Operationsmikroskops sieht er unmittelbar die Folgen seines Tuns. Sowie er nämlich die (echte) Pinzette bewegt, bestimmt die Maschine mit Hilfe von Kameras deren neue Position, berechnet durch Lösen von Differenzialgleichungen, wie die Pinzette auf ihre Umgebung einwirken würde, und zaubert das zugehörige Bild aufs Display. Das alles in weniger als einer Fünfzigstelsekunde, damit die Illusion nicht zusamnenbricht.
Das ist mit konventioneller Programmierung nicht zu schaffen. Am Institut für computerunterstützte Medizin (ICM) in Mannheim, einer Gemeinschaftseinrichtung der Universitäten Mannheim und Heidelberg, hat eine Arbeitsgruppe unter Leitung des Physikers Reinhard Männer Hard- und Software so optimiert, dass die kompliziertesten Augenoperationen getreulich nachgespielt werden können ("Operations-Trainingssysteme in der Medizin" von Daniel Gembris, Jürgen Hesser und Reinhard Männer, Spektrum der Wissenschaft, Februar 2007).
Ähnliches Fingerspitzengefühl erfordert die Kunst, einem Patienten einen Endoskopschlauch so gefühlvoll in den Darm zu schieben, dass er nirgendwo stecken bleibt oder – noch schlimmer – durch ungeschicktes Zustoßen die Darmwand verletzt. Und wenn beim drohenden oder schon eingetretenen Herzinfarkt ein Ballon in das verstopfte Herzkranzgefäß eingeführt und aufgeblasen wird, um dem Blut wieder ungehinderten Durchfluss zu verschaffen, gilt es, einen dünnen Führungsdraht unter Kontrolle durch das Röntgenbild in die richtigen Abzweigungen zu manövrieren. Auch für diese beiden Aufgaben sind am ICM Simulatoren entwickelt worden.
Der Nutzen dieser Bemühungen liegt auf der Hand. Niemand möchte gerne derjenige sein, an dem der hoffnungsvolle Assistenzarzt seine ersten Fingerübungen macht. Und wer mit einem akuten Herzinfarkt auf dem Operationstisch liegt, hat, wenn er überleben will, nicht die Zeit, einen Anfänger in seinen Herzkranzgefäßen herumstochern zu lassen. Zunehmend wird daher das Simulatortraining Bestandteil der Mediziner-Ausbildung.
Universitätsforschung erweist sich in diesem Zusammenhang als unmittelbar nützlich und sogar finanziell erfolgreich: Aus dem ICM sind bereits zwei Firmen für Operations-Trainingssysteme ausgegründet worden.
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