Blut und Rauch: Operationssimulation noch realer

Vergossenes Blut und brennendes Fleisch können jetzt genau nachmodelliert werden. Die Entwicklung des Rensselaer Polytechnic Institute soll es ermöglichen, die virtuelle Chirurgie realistischer zu machen.

Üben an Simulatoren

Wie Piloten üben auch Chirurgen ihr Handwerk an Simulatoren. Sensoren in den künstlichen Organen geben die Daten an einen Computer weiter, auf dessen Bildschirm sichtbar wird, wie wirkliche Organe auf einen Eingriff reagieren würden. Dieser Teil der Simulation in Realzeit verbraucht derzeit allerdings den Großteil der Ressourcen von heutigen Hochleistungsrechnern. Andere wichtige Aspekte von Operationen können nicht dargestellt werden und verringern so die Echtheit der Simulation.

Das Gewebe im Unterleib verfügt über sehr viele Blutgefäße. Kommt es beim Kauterisieren zu einem Kontakt von Gerät und Gewebe, entsteht Rauch und es kann zu einer Blutung kommen. Diese Effekte sind in einer Simulation nur schwer darzustellen. Der Grund dafür ist, dass derartige Simulationen es erfordern, dass jedes Mal Gleichungen für die Dynamik von Flüssigkeiten gelöst werden. Die derzeitige Technologie braucht dafür Stunden.

Vorprogrammierte visuelle Effekte

Um dieses Problem zu lösen, haben Wissenschaftler ein Verfahren entwickelt, das vorprogrammierte visuelle Effekte in die Simulationen einblendet. Am Anfang standen Videos von wirklichen minimalinvasiven Eingriffen, die zeigten wie der Rauch dem Chirurgen die Sicht versperren kann. Diese Clips zeigten den dichten Rauch an der Spitze des Instruments und den weiter entfernten schwachen Rauch. Diese Sequenzen wurden gespeichert und anschließend ein Algorithmus entwickelt, der es dem Computer ermöglicht, sie immer dann aufzurufen, wenn das Gerät zum Kauterisieren eingesetzt wird.

Die Software aktualisiert die eingebundenen Bilder mit 30 Frames pro Sekunde. Das ist schnell genug, um der Simulation einen interaktiven Charakter zu verleihen. Die Dichte des Rauches hängt von der Dauer des Einsatzes des Gerätes ab und vom Abstand zum Operationsgebiet.

Für die Simulation von Blutungen greift ein anderer Algorithmus auf eine Datenbank zu den Gefäßen in einem bestimmten Bereich des Körpers zurück. Das Ausmaß der wahrscheinlichen Blutung wird basierend auf der Tiefe des Einschnitts geschätzt und eine entsprechende Menge an Blut wird auf dem Bildschirm sichtbar. Die Wissenschaftler arbeiten laut NewScientist an weiteren Verbesserungen der Software. Sie soll noch realistischer werden. Denkbar ist sogar ein Einsatz bei Videospielen.