Augmented und Virtual Reality: So geht medizinische Ausbildung heute!

Ein Gastbeitrag von Simon Ringelmann und Jürgen Lotze im Rahmen unseres Kooperationsprojekts mit der FHWS.


Vergleicht man die Gartner Hype Cycles der vergangenen Jahre, kann man den folgenden Verlauf beobachten: Augmented und Virtual Reality haben sich vom anfänglichen Hype weiter in Richtung des sogenannten Produktivitätsplateaus entwickelt. Heute werden die beiden Technologien in vielen Szenarien in unserer Gesellschaft eingesetzt (Panetta, 2018; Panetta, 2017).

Was ist Augmented Reality?

Augmented Reality (AR) erweitert die reale Welt um beliebige virtuelle Aspekte, mit Hilfe einer computergestützten Wahrnehmung bzw. Darstellung (Markgraf, 2018). Ein Beispiel für solch eine hardwareunterstütze Erweiterung der realen Welt ist etwa die Microsoft HoloLens. Der Einsatz einer solchen Brille erlaubt dem Träger die Interaktion in der realen Welt mit den virtuell hinzugefügten Objekten, wie auf Abbildung 1 erkennbar ist.

Microsoft HoloLens, Quelle: https://www.microsoft.com/en-us/hololens
Abbildung 1: Microsoft HoloLens, Quelle: https://www.microsoft.com/en-us/hololens

Das folgende Video zeigt den Einsatz von Augmented Reality bei der Planung eines gehirnchirurgischen Eingriffs.

Was ist Virtual Reality?

Im Gegensatz dazu wird bei Virtual Reality (VR) eine eigene digitale Wirklichkeit durch den Computer erzeugt. Die Bewegung in dieser virtuellen Welt wird durch Einsatz eines sogenannten Head-Mounted-Displays ermöglicht (Bendel, 2018), zum Beispiel der HTC Vive – siehe das unten eingebettete Video. Mit der Nutzung solch eines Gerätes wird die Interaktion des Probanden, beispielsweise dessen Bewegung, in die virtuelle Welt übertragen. Mit Hilfe von Virtual Reality wird es möglich, Simulationen beliebig oft und in benötigtem Umfang zu durchlaufen.

Einsatzmöglichkeiten von AR und VR in der Medizin

Beide Technologien werden häufig mit Spielen oder Unterhaltungsmedien in Verbindung gebracht. Sie sind jedoch auch im Arbeitsumfeld gut nutzbar. Auch in der medizinischen Ausbildung sind Einsatzszenarien denkbar:

Beispielsweise kann durch VR die dreidimensionale Abbildung von Organen oder Gewebe, deren Funktionsweise und Lage im Körper für angehende Mediziner verdeutlicht werden. Durch den Einsatz von AR ist es bei Betrachtung entsprechender Körperteile möglich, weitergehende Informationen anzuzeigen. Diese können neben allgemeinen Daten auch das vorhandene Krankheitsbild näher beschreiben.

Um die Anatomie des menschlichen Körpers zu erlernen, werden CT-Aufnahmen virtuell auf den Körper des Patienten projiziert. Eine Microsoft Kinect Kamera mach dies z. B. möglich. Das aufgenommene Bild wird über einen Bildschirm und der Aufnahme der Microsoft Kinect als Overlay angezeigt (Petitcolas, 2014).

Der Einsatz von Virtual Reality Technologie erlaubt es, Simulationen zu erzeugen, welche die Lernenden individuell durchlaufen. Unterschiedliche Arten von Operationen könnten simuliert werden, um die Mediziner auf den Ernstfall vorzubereiten. Natürlich können solche Simulationen nicht die tatsächliche Erfahrung am menschlichen Körper ersetzen, aber es werden die grundlegende Arbeitsabläufe vermittelt.

Ein Vorreiter in Sachen virtuelles Lernen für Mediziner ist das Unternehmen Next Galaxy Corp. Dieses stellt Virtual Reality Lösungen her, die zur Unterstützung in der Ausbildung benutzt werden können. Durch den Einsatz der Virtual Reality konnten die Kosten für die Ausbildung der Angestellten gesenkt und gleichzeitig die Qualität der Behandlungen verbessert werden. Die von Next Galaxy Corp. angebotene Lösung ist mit nahezu sämtlichen Endgeräten von Head-Mounted-Devices bis hin zu herkömmlichen Smartphones kompatibel (Graham, 2015).

Augmented Reality for Assistance of Total Knee Replacement, Daniel & Ramos 2016
Abbildung 2: AR in der Vorbereitung einer Knie-TEP, Quelle: Augmented Reality for Assistance of Total Knee Replacement, Daniel & Ramos 2016 (Creative Commons Attribution 4.0 International)

Ein konkretes Beispiel hierfür könnte der Ablauf einer Knieoperationen mit auftretenden Komplikationen darstellen (vgl. Abbildung 2).

Mit Virtual-Reality-Brillen könnten sich Studenten und Dozenten auf einer virtuellen Plattform zusammenfinden. Auf dieser Plattform wäre ein Austausch von Wissen möglich oder die gemeinsame Arbeit an einem virtuellen Modell eines Körpers. Dies wäre ein wesentlicher Vorteil im Vergleich zu Telefonaten oder Videokonferenzen. Internationale Teilnehmer könnten ohne Reiseaufwand virtuell zusammenkommen und diskutieren. Abbildung 5 zeigt einen exemplarischen Anwendungsfall.

Die Nursery University of Texas at Arlington benutzt z. B. die Anwendung Second Life, um ihre angehende Kranken- und Gesundheitspfleger(-innen) virtuell zu unterstützen. Seit 2015 gehört dort die Erforschung von Anwendungsfällen mit VR-Brillen zum Erlernen eines korrekten Umgangs mit Patienten zur Normalität (Friedrich, 2016).

Die Technologien müssen sich jedoch erst noch beweisen. Ein Test in der medizinischen Ausbildung würde etwaige Probleme oder Schwierigkeiten, beispielsweise in der Usability, aufdecken.

Anhand der zuvor erläuterten Szenarien wird deutlich, dass AR und VR eine vielversprechende Zukunft haben: Nicht nur in der medizinischen Ausbildung, sondern auch im täglichen Einsatz im Operationssaal bieten die Technologien eine Vielfalt an Möglichkeiten.

Quellen:

Bendel, O. (2018): Virtuelle Realität, https://wirtschaftslexikon.gabler.de/definition/virtuelle-realitaet-54243/version-277293, aufgerufen am 30.04.2019.

Friedrich, T. (2016): Virtual Reality: In der Medizin bald nicht mehr wegzudenken, https://t3n.de/news/virtual-reality-medizin-bald-691207/#article, aufgerufen am 28.05.2019.

Graham, P. (2015): Next Galaxy Partners with VR HealthNet for Training Initiative, https://www.vrfocus.com/2015/08/next-galaxy-partners-with-vr-healthnet-for-training-initiative/, aufgerufen am 28.05.2019.

Markgraf, D. (2018): Augmented Reality, https://wirtschaftslexikon.gabler.de/definition/augmented-reality-53628/version-276701, aufgerufen am 30.04.2019.

Panetta, K. (2018): 5 Trends Emerge in the Gartner Hype Cycle for Emerging Technologies, 2018, https://www.gartner.com/smarterwithgartner/5-trends-emerge-in-gartner-hype-cycle-for-emerging-technologies-2018/, aufgerufen am 30.04.2019.

Panetta, K. (2017): Top Trends in the Gartner Hype Cycle for Emerging Technologies, 2017, https://www.gartner.com/smarterwithgartner/top-trends-in-the-gartner-hype-cycle-for-emerging-technologies-2017/, aufgerufen am 30.04.2019.

Petitcolas, F. (2014): Exploring medical uses of Kinect technology, https://news.microsoft.com/europe/2014/01/13/exploring-medical-uses-of-kinect-technology/, aufgerufen am 28.05.2019.


Über die Autoren: Simon Ringelmann hat das Studium Wirtschaftsinformatik mit der Vertiefung Information Security an der FHWS abgeschlossen. In seiner Vertiefung hat er sich mit Security-Aspekten zu den Themen Augmented und Virtual Reality beschäftigt. Jürgen Lotze hat das Studium Wirtschaftsinformatik mit der Vertiefung Mobile Solutions an der FHWS abgeschlossen. In seiner Vertiefung hat er sich ausgiebig mit den Themen Augmented und Virtual Reality beschäftigt.