Pädiatrie

Das gläserne Herz

Kleinste Strukturen des Herzens ohne Operation realistisch darstellen? Über den Einsatz eines Prototyps, der diese Vision fast greifbar macht.

10min

Marc Engelhardt

Veröffentlicht am March 24, 2021

Die Herzchirurgie gehört zu den schwierigsten Eingriffen, und sie wird noch komplexer, wenn es darum geht, kleine Kinderherzen zu operieren. Visualisierungstechniken wie Cinematic Rendering liefern eine detaillierte 3D-Ansicht des Patientenherzens und der umgebenden Anatomie. Doch was passiert, wenn diese Bilder in ein Hologramm verwandelt werden, das gedreht, gezoomt und aus allen möglichen Perspektiven betrachtet werden kann?

Die niedrige Sauerstoffsättigung von nur 85 Prozent ließ die Ärzte auf der Geburtsstation des Erlanger Universitätsklinikums aufmerken: Bei der vorgeburtlichen Untersuchung war zwar kein Herzfehler diagnostiziert worden. Doch weil die Haut sich infolge einer Zyanose blaurot verfärbte, alarmierten sie nicht einmal eine Stunde nach der Geburt den Kinderkardiologen Dr. Muhannad Alkassar. „Innerhalb von 30 Minuten haben wir eine Computertomographie erstellt und die vermutete pulmonale arteriovenöse Malformation bestätigen können“, erinnert sich der 40-jährige. Entscheidend für den Erfolg solcher Notoperationen – Dr. Alkassars Spezialgebiet – ist die bestmögliche Vorbereitung.

Was ist eine pulmonale arteriovenöse Malformation?

Die Pulmonalvenenfehlbildung ist ein Zustand, der den Blutfluss zwischen dem Herzen und der Lunge beeinträchtigt. Betroffene Menschen haben eine abnormale Verbindung zwischen der Lungenvene, die Blut von den Lungen zum Herzen transportiert, und der Lungenarterie, die Blut vom Herzen zur Lunge transportiert.

Muhannad Alkassar, MD, ist promovierter Biologe und Mediziner. Er arbeitet und forscht seit fünf Jahren in der Abteilung für Kinderkardiologie am Universitätsklinikum Erlangen in Deutschland.

Portrait von Kinderkardiologe Dr. Alkassar

Aus dem Blickwinkel eines Kardiologen

„Wenn wir uns ein derart erkranktes Herz im Ultraschall ansehen, dann müssen wir die verschiedenen Schichtebenen im Kopf zusammensetzen, damit ein dreidimensionales Bild daraus entsteht“, erläutert Alkassar. „Für einen Chirurgen, der das im Gegensatz zu uns Kardiologen seltener macht, ist das besonders schwierig.“ Jeder Herzfehler ist einzigartig. Im Fall des Neugeborenen lief das in der Lunge mit Sauerstoff angereicherte Blut nicht in die linke Herzkammer, sondern über ein Bauchgefäß in die Vena cava inferior. Gefäße und Herz konnten sich der Chirurg und Dr. Alkassar in Farbe und 3D ansehen – mit der von Microsoft entwickelten HoloLens 2, durch die beide Ärzte das aus dem CT- Scan aufbereitete Hologramm des Patientenherzens aus allen Positionen und in allen Details betrachten konnten. „Darauf will keiner verzichten, wenn er das einmal genutzt hat“, lächelt Dr. Alkassar.

Was ist die Vena cava inferior?

Die untere Hohlvene (Vena cava inferior) ist die größte Vene des menschlichen Körpers. Sie transportiert sauerstoffarmes Blut aus dem unteren und mittleren Körper zum Herzen.

Nah an der Realität

Dank modernster Technik konnte der Chirurg das Neugeborene so untersuchen, als läge es mit offenem Brustkorb auf dem OP-Tisch. Und als ob sein walnussgroßes Herz aus Glas wäre.

MD Alkassar tests the HoloLens

Kleinste Strukturen offenlegen

Als Dr. Alkassar die HoloLens vor gut einem Jahr zum ersten Mal aufsetzte, war er selbst noch skeptisch. „Ich habe mir nicht vorstellen können, wie hochauflösend die Abbildung des Objekts wirklich ist. Ich kannte die fotorealistische Abbildung zwar schon vom Bildschirm, aber ein Herz in dieser Qualität dreidimensional im Raum zu sehen, ist noch mal etwas ganz Anderes.“

Alkassar’s erster Eindruck

Dies ist die Reaktion von Dr. Alkassar, als er die HoloLens mit Cinematic Rendering zum ersten Mal ausprobierte. Im Hintergrund auf seinem Computerbildschirm sehen Sie, was er durch seine HoloLens sieht - aber in 3D kann er in Strukturen hinein- und herauszoomen, sie drehen und sie aus jedem möglichen Winkel betrachten.

Spacial presentation of the heart in 3D

Eine ungewöhnliche Quelle der Inspiration

Die CT-Aufnahmen werden mittels einer App mit dem Cinematic-Rendering-Verfahren bearbeitet, einer Technik, die – inspiriert von Hollywoods computergenerierten Kinobildern – bei der Abbildung die Schatten einbezieht, die jeder einzelne Pixel wirft.

CT images are procced with an app using Cinematic Rendering

„Das klingt erstmal wie eine Spielerei. Aber unser Auge ist es gewohnt, den Lichteinfall mit zusehen – und das bedeutet, dass man gerade bei der Feinheit der Gefäße und Strukturen, mit denen wir arbeiten, im gewohnten Modus sieht und arbeitet. Das macht einen enormen Unterschied.“

Dr. Alkassar wearing the Hololens

Ein messbarer Unterschied

Bei 26 Patienten verglichen Dr. Alkassar und die Mitarbeiter seiner Arbeitsgruppe die Vorbereitung mit Augmented-Reality-Darstellung auf der HoloLens mit einem Modell aus dem 3D-Drucker – die übliche Art der Operationsvorbereitung. In der subjektiven Einschätzung der Ärzte schnitt die HoloLens deutlich besser ab, wohl auch, weil zusätzlich zum Herzen auch die Umgebung aus Muskeln, Knochen und Gefäßen abgebildet wird. Daraus erklärt sich, warum Chirurgen sich auf den eigentlichen Beginn der Herzoperation mit HoloLens deutlich schneller vorbereiten können als ohne. Und noch etwas spricht für sie: Die Aufbereitung der Daten braucht nur wenige Minuten. „Für einen 3D-Druck muss ich 24 Stunden einrechnen.“

Dinge mit anderen Augen erfassen

Beim direkten Vergleich zwischen eines 3D-gedruckten Modells - der aktuellen Methode der Wahl für die Vorbereitung von Operationen - und der erweiterten Realität der HoloLens waren Alkassar und sein Team der Meinung, dass die HoloLens deutlich besser abschnitt.

HoloLens on a table

Verborgenes sichtbar machen

Das Hologramm öffnete Dr. Alkassar und den Chirurgen mehr als einmal die Augen: Als die Verbindung zwischen dem rechten Ventrikel und der Pulmonararterie von einer Membran verschlossen war, ließ sich das genau nur in der 3D-Darstellung erkennen. „Da erst haben wir gesehen: Man kann über den Herzkatheter in die Pulmonararterie durchstoßen und braucht dann erstmal keine Operation.“ Ein anderes Mal erschien die komplizierte Einmündung einer fehlgeleiteten Lungenvene, die im Ultraschall nicht sichtbar war, deutlich vor Augen.

„Als nächstes planen wir, unsere Sitzungsräume so umzugestalten, dass das Hologramm in der Mitte des Konferenztisches erscheint“, erzählt Dr. Alkassar. „Dann können wir als Team das Bild betrachten, während wir uns besprechen, und bestimmte Gespräche werden einfacher.“

MD Alkassar explains future operation planning

Potential über die Planung hinaus

Auch für die Ausbildung, für Briefings von Angehörigen oder Patienten bietet die Technologie Potenzial. Denn viele Herzpatienten müssen ihr Leben lang medizinisch betreut werden.

„Für die Zukunft macht es sicher Sinn, diese Technologie zur Unterstützung im OP zu nutzen, aber dafür braucht es noch einige Entwicklungen etwa im Bereich der künstlichen Intelligenz.“ Dass die lösbar sind, daran hat Dr. Alkassar keine Zweifel. Für einen Arzt, der täglich Kinderherzen gläsern macht, scheint alles möglich.

Was hätte wohl der vor 175 Jahren geborene Wilhelm Conrad Röntgen zu HoloLens und kinoreif bearbeiteten 3D-Bildern aus dem Körperinneren gesagt? „Ich glaube, das wäre für die damalige Zeit Zauberei gleichgekommen“, meint Dr. Alkassar verschmitzt.

Roentgen and MD Alkassar

„Aber man braucht gar nicht so weit zurückzugehen: Selbst vor 30, 40 Jahren hätte man sich das nicht mal am Bildschirm vorstellen können. Nun wird das Realität, was damals nur bei Star Trek im Holodeck ablief.“ Und das ist noch längst nicht alles.

Von Marc Engelhardt

Als freier Journalist und Autor berichtet Marc Engelhardt weltweit über die neuesten Entwicklungen in Wirtschaft, Wissenschaft und Politik. Er hat als Korrespondent für verschiedene deutschsprachige Medien gearbeitet, darunter die Neue Zürcher Zeitung, die ARD und Die Zeit.

The combination of cVRT and HoloLens 2 is still in a prototype state and not commercially available yet.

The product/feature and/or service offerings (mentioned herein) are not commercially available in all countries and/or for all modalities. Their future availability cannot be guaranteed.

The outcomes and statements provided by customers of Siemens Healthineers are unique to each customer’s setting. Since there is no “typical” hospital and many variables exist (e.g., hospital size, case mix, and level of service/technology adoption), there can be no guarantee that others will achieve the same results.