Operations-Simulationen
Der PC wird zum Assistenzarzt

Mit der Schlüsselloch-Chirurgie werden heute minimal invasive Operationen durchgeführt. Was es dazu braucht? Einen Chirurg, einen Computer, Instrumente und eine entsprechende Software, wie sie an der Uni Bern entwickelt wird.

Marc Puls führt die Operationsnadel in die Nasenöffnung des Schädels hinein, der vor ihm auf dem Pult liegt – die Demonstration beginnt. Doch der Schädel scheint den Softwareentwickler nicht zu interessieren, er blickt konzentriert auf den Monitor, der nebendran steht: Vom Bildschirm leuchtet weiss der Knochen aus vier verschiedenen Perspektiven vom Bildschirm, und darüber schiebt sich langsam die Nadel, die Puls in der Hand hält. Es ist beeindruckend, bildet der Computer doch einszueins ab, was auf dem Pult – und später auf dem Operationstisch – passiert. Diese am «ARTORG Center for Biomedical Engineering Research» der Universität Bern entwickelte Navigationssoftware macht minimal invasive Hightech-Operationen möglich, zum Beispiel die Entfernung von Tumoren im empfindlichen Nasenraum.

<< Eine Software, ein PC, mit ihnen verbundene Instrumente ... < ... und ein Operateur: Das sind die Voraussetzungen für die minimal-invasive Hightech-Chirurgie. Bilder: ARTORG / zvg

Bild und Realität sind deckungsgleich

Marc Puls erklärt anhand einer fiktiven Operation die neue Technologie, welche die Brücke zwischen Computer und Skalpell schlägt: In einem ersten Schritt werden die Informationen aus den vorher angefertigten Tomografien, 3-D-Röntgenbildern des Patienten, in den Computer geladen. Damit stehen alle Daten des Schädels digital bereit. Liegt schliesslich der Patient in corpore auf dem Operationstisch, wird der Computer-Schädel mit dem echten Schädel in Übereinstimmung gebracht. Dazu wird am Patienten während der Operation ein mit Referenzmarkern versehenes Kunststoff-Mundstück fixiert. Anhand dieser vier fixen Marker, die von einer Kamera laufend verfolgt werden, überträgt unsere Software alle Daten aus den Tomografien und Live-Aufnahmen in ein übereinstimmendes Koordinatensystem. «Als Resultat dieser Berechnungen bewegt sich der Schädel auf dem Monitor synchron mit dem echten Kopf», sagt Informatiker Marc Puls. Dasselbe geschieht mit den Operations-Instrumenten, die ebenfalls mit Referenzmarkern ausgestattet sind und sich auf dem Bildschirm analog bewegen wie in Realität.

Für jedes Gelenk ein Programm

«Die Abweichungen zwischen Echt- und Digital-Bild sind kleiner als ein Millimeter», erklärt Prof. Stefan Weber, Leiter der Abteilung «Institute for Surgical Technology & Biomechanics» am ARTORG-Center. Für delikate Operationen wie im HNO-Bereich sei eine solche Genauigkeit unbedingt erforderlich. «Diese neuen Technologien aber ersetzen nicht etwa den Chirurgen, sondern unterstützen ihn», betont Weber. Zurzeit sind rund 16 verschiedene Navigations- und Planungssysteme, die am ARTORG-Center entwickelt wurden, in den europäischen und amerikanischen Operationssälen im Einsatz.

Die Bewegung wird animiert

Ein weiterer Schwerpunk an der ARTORG-Abteilung ist die Entwicklung von Diagnose-Software: Trickfilmartig können die Informatiker Bewegungsabläufe von Gelenken eines Patienten digital abbilden. Auch dieser Technologie liegen die Tomografiendaten eines Patienten zugrunde, die mithilfe von Software-Applikationen animiert werden können. «Ein Orthopäde kann somit vor der Operation anhand des digitalen Bewegungsablaufs nachvollziehen, an welcher Stelle genau zum Beispiel ein Oberschenkelknochen in der Hüfte blockiert wird», erklärt Marc Puls. Eine wertvolle Hilfe bei der Diagnose von Hüftbeschwerden.

Am «Institute for Surgical Technology & Biomechanics» des ARTORG Center for Biomedical Engineering Research an der Universität arbeiten momentan 10 Professoren, 24 PhDs, 5 Postdocs und diverse Master- und Bachelor-Studentinnen und -Studenten.

Bettina Jakob, Abteilung Kommunikation, Redaktorin «uniaktuell»