Standard-Datenbrillen für die „Navigation“ bei neurochirurgischen Eingriffen

Bei bestimmten Hirntumoren wählen Operateure den schonendsten Zugang ins Gehirn – über die Nase. Für die Navigation dienen präzise, hochaufgelöste Bilddaten des Patienten aus der Magnetresonanztomographie (MRT). Der operierende Arzt sieht diese Bilddaten als Projektion in einer Datenbrille. 

Das zentrale Bindeglied zwischen MRT-Daten und Brille ist eine neuentwickelte App, die nun als Ergebnis langjähriger Forschung und Entwicklung zur Verfügung steht. Sie entstand in einer Zusammenarbeit der Forschergruppe LEGEND der Klinik und Poliklinik für Neurochirurgie des Universitätsklinikums Leipzig (UKL) mit dem Zittauer Institutsteil des Fraunhofer IWU.

Meilenstein in der neurochirurgischen Navigation

Die App führt das vor der OP aufgenommene MRT-Bild mit der realen OP-Situation zusammen und erlaubt somit eine genaue topographische und strukturelle Zuordnung des OP-Befundes. Analog einem GPS-System führt sie den Operateur auf dem besten, also schonendsten Weg zum beabsichtigten Ziel. Die systemseitige Anbindung von chirurgischen Instrumenten erlaubt darüber hinaus deren Abbildung im Navigationssystem beziehungsweise Nutzung als Zeigeinstrument. Dabei wird die exakte Position des chirurgischen Instruments dem Operateur in Echtzeit angezeigt. Wichtige Zusatzinformationen wie beispielsweise die Entfernung zum Zielgebiet befinden sich im direkten Blickfeld des Arztes und liefern weitere wertvolle Hinweise.

Besonders stolz ist PD Dr. Ronny Grunert, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer IWU (Zittau) und Leiter der Forschungsgruppe „Legend“ am UKL, auf die praktisch verzögerungsfreie Betriebsbereitschaft des Systems: „Unserem Team ist mit einer vollautomatisierten Registrierung bei der neurochirurgischen Spatial Computing Navigation ein weltweites Novum gelungen. Binnen einer Sekunde ist die Kalibrierung und Registrierung abgeschlossen und die Navigation zur Echtzeiterkennung der Instrumenten-Position startklar. Das entwickelte System ist sehr intuitiv bedienbar und kommt dem Gebrauch einer GPS-Assistenz sehr nahe.“

Großen Wert legte das Team auf ein übersichtliches, den operierenden Arzt optimal unterstützendes User-Interface, das Bedienungsfehler ausschließt und sich auf die Anzeige wesentlicher Informationen beschränkt. Ein Beispiel für die klare, präzise Darstellungslogik ist ein grünes Fadenkreuz, das die Position der Instrumentenspitze anzeigt und perfekt in das vorher erstellte beziehungsweise in die Datenbrille eingespielte MRT-Bild integriert ist.

Durch Standard-Datenbrillen sehr wirtschaftlich

Das Prinzip einer sogenannten Neurochirurgischen Spatial Computing Navigation ist nicht grundsätzlich neu. Heutige, für den Einsatz in Kliniken geeignete Systeme starten bei rund einer halben Million Euro. Eine wichtige Motivation für die gemeinsamen Anstrengungen von IWU und UKL war, dass präzise Navigationstechnik nicht länger finanzstarken Gesundheitssystemen beziehungsweise Einrichtungen vorbehalten bleiben sollte. Sie konzipierten ihre neue App von Anfang an für den Einsatz mit standardisierten Datenbrillen, deren Preise mittlerweile im Consumer-Bereich angekommen sind. Grunert: „Diese Brillen kosten einen Bruchteil computergestützter Navigationssysteme für die Neurochirurgie.“

Am Fraunhofer IWU trieb das Team um Grunert die Entwicklung des Handstücks voran, das die Instrumente aufnimmt und deren exakte Positionsbestimmung ermöglicht. Es enthält spezielle Marker, deren Geometrien und Muster von der Datenbrille erkannt werden. Diese Geometrien können kleine Kugeln, Quader oder andere Körper sein. Die Kunststoff-Handstücke werden am IWU in Zittau und am UKL in Leipzig 3D-gedruckt.

Zügiger Transfer in die Praxis

Der erste Pilotkurs für das Training am anatomischen Modell fand bereits im Herbst 2024 am UKL statt. Im nächsten Schritt konzentriert sich das Team auf die Fertigstellung des Prototyps; danach beginnt der Zulassungsprozess gemäß der Medical Device Regulation (Medizinprodukte-Verordnung) für den europäischen Markt beziehungsweise entsprechend den Vorschriften der amerikanischen Gesundheitsbehörde FDA für die USA. Der Einsatz am Patienten könnte somit in etwa zwei Jahren erfolgen.