Virtuelle Krankenhäuser: VR in der Medizin

VR in der Medizin? Die Begriffe Virtual Reality und Augmented Reality werden zurecht mit Computerspielen, Animationen und 3D-Filmen in Verbindung gebracht. Abgesehen von ihrem großen Unterhaltungswert verfügen Virtual-Reality-Systeme jedoch über vielfältige Einsatzmöglichkeiten. Sie gehören neben IoT und Industrie 4.0 zu den richtungsweisenden Technologien im digitalen Zeitalter. Im medizinischen Bereich werden Virtual-Reality-Systeme bereits seit Jahren getestet. Neue Vorstöße gibt es auch im Bereich VR-Therapie. Aber was genau bedeutet Virtual Reality und wie kann sie den Ärzten helfen?
Virtuelle Krankenhäuser: VR in der Medizin
© Victor Moussa
Erstellt von Dietmar vor 1 Monat
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Warum VR in der Medizin eingesetzt wird

VR steht für Virtual Reality, also für die virtuelle Realität. Virtual-Reality-Systeme bilden die Wirklichkeit dreidimensional und realistisch ab. Dadurch können mit Ihnen zum Beispiel Operationsszenarien simuliert werden. Darüber hinaus gibt es noch weitere Einsatzmöglichkeiten, auf die wir später noch genauer eingehen werden. Neben Virtual Reality wird Augmented Reality bereits vereinzelt in OPs eingesetzt. Der Mix aus diesen beiden Visualisierungssystemen ist heutzutage so weit entwickeltet, dass sie einer Person das Gefühl geben, sich im virtuellen Raum in der Realität zu befinden und entsprechend interagieren zu können. Diese VR Technologie könnte die Arbeitsweise von Chirurgen revolutionieren.

Wie funktioniert Virtual Reality?

Virtual-Reality-Systeme erzeugen dreidimensionale Räume, in denen sich der Nutzer vermeintlich frei bewegen kann. Werden Virtual Reality und Augmented Reality miteinander kombiniert, können die User mit der virtuellen Umwelt auch interagieren.

VR-Technologie basiert auf der Fähigkeit des menschlichen Auges, räumlich und stereoskopisch zu sehen. Was ist stereoskopisches Sehen? Da unsere Augen unterschiedliche Blickwinkel auf unsere Umgebung haben, werden die gesehenen Bilder beider Augen kombiniert. Die Differenz zwischen den Bildern wird durch das Gehirn berechnet. Das Ergebnis ist ein räumlicher Eindruck unserer Umgebung.

Virtual-Reality-Systeme nutzen zur Vermittlung eines dreidimensionalen Rundumblicks um 360 Grad in der Regel die sogenannten VR-Brillen. In diesen ist für jedes Auge ein Display verbaut. Die Displays erzeugen zwei Bilder, die sich leicht voneinander unterscheiden. Dieser Unterschied wird durch die Simulation einer Software erreicht. Auf diese Weise entsteht für das Gehirn ein räumlicher Eindruck. Mithilfe von Sensoren in der VR-Brille passt sich das Bild automatisch an, wenn wir unseren Kopf drehen. Dadurch entsteht die Illusion, wir würden uns in dem dreidimensionalen Raum bewegen.

Basis für die VR-Technologie sind computergenerierte Räume, in denen Objekte als 3D-Model eingebunden und einer Position zugewiesen werden. Mithilfe der Sensoren in der VR-Brille werden Blickwinkel und Standort des Users berechnet. Dadurch kann er sich zum Beispiel von den Objekten entfernen und sich ihnen nähern oder sie aus verschiedenen Winkeln betrachten.

In welchen Bereichen wird VR eingesetzt?

Von der VR-Technologie versprechen sich die Schmieden von Videospielen Millionenumsätze. Auch in der Unterhaltungsindustrie zeichnet sich ein deutlicher Trend zu dreidimensionalen Inhalten ab. Tatsächlich sind Virtual-Reality-Systeme jedoch vielseitig einsetzbar. Zum Beispiel in der Architektur, zum Planen der Raumgestaltung oder im Bereich Ausbildung. So kann zum Beispiel das Ankoppeln von Güterwaggons ausgiebig mittels VR-Brille geübt werden, ohne dass die Auszubildenden das Gleis überhaupt betreten müssen.

Die wichtigsten Bereiche zum Einsatz von VR-Technologie abseits von Medien und Gaming sind:

  • Bildung und Ausbildung
  • Raumfahrt
  • Kunst
  • Architektur
  • Medizin
  • Militär
  • Journalismus

Was ist der Unterschied zwischen Virtual Reality und Augmented Reality?

Virtual-Reality-Systeme dienen dazu, eine virtuelle Welt zu erschaffen. Sie bilden einen abgeschlossenen Kosmos, in den sich der Nutzer begeben kann. Die reale Welt wird in der Regel ausgeblendet. Im Gegensatz zur Virtual Reality ist Augmented Reality in der realen Welt verankert. Mittels VR-Brille werden dreidimensionale Objekte täuschend echt in der Realität abgebildet und können je nach Programmierung vom Nutzer verändert oder bedient werden.

Die Übergänge zwischen Virtual Reality und Augmented Reality sind fließend. In Kombination können unter anderem virtuelle Welten mit der Realität verschmolzen werden. Das Spektrum zwischen Virtual Reality und Augmented Reality wird auch als Mixed Reality bezeichnet.

Wie VR in der Medizin genutzt werden kann

Die Forschung im Bereich VR in der Medizin ist bereits weit fortgeschritten. Teilweise werden bereits VR-Technologien in Operationssälen und Universitätskliniken eingesetzt. Die Hauptanwendungsgebiete sind Medizinausbildung, OP-Vorbereitung und Schmerztherapie. Aber auch im Bereich Psychotherapie gewinnt VR zunehmend an Bedeutung.

Virtual Reality in der Medizinausbildung

Während ihrer Ausbildung müssen sich Medizinstudenten immens viel Wissen aneignen. Mindestens genauso wichtig ist der praktische Umgang mit Patienten und die Arbeit im OP. Hier können Virtual Reality und Augmented Reality zukünftig eine große Rolle spielen. Vor allem in der Zeit, in der die angehenden Ärzte und Ärztinnen ihre ersten Gehversuche machen. Hier macht Virtual Reality die Medizin in der Praxis erfahrbar. 3D-Bilder sind besonders anschaulich und plastisch. So lassen sich über eine VR-Brille in der Medizin Organe und Gewebe projizieren, die täuschend echt aussehen. Sie können frei um die eigene Achse gedreht und aus jedem Winkel betrachtet werden.

Diese Möglichkeit optischer Studien bietet völlig neue Perspektiven auf die Funktionen des menschlichen Körpers. Über die VR-Technologie lassen sich ganze Patienten mit verschiedenen physiologischen Merkmalen und unterschiedlichen Krankheiten und Symptomen abbilden.

Virtual Reality in der Medizin-Ausbildung ist noch in der Erprobung, aber schon längst keine Zukunftsmusik mehr. So wurden zum Beispiel an der Uni-Klinik in Ulm Virtual Reality und Augmented-Reality-Systeme eingeführt. Darunter eine Technik, die das coronabedingt ausgefallene Pflicht-Praktikum in der Rettung ersetzen sollte. Eine VR-Brille für Medizin- und Rettungspersonal ermöglichte die Kommunikation mit virtuellen Patienten.

Wenn VR und AR in der Medizin gemeinsam zu Schulungszwecken eingesetzt werden, ergeben sich ungeahnte Möglichkeiten. Zum Beispiel durch spezielle Handschuhe, die mit Sensoren ausgestattet. Oder durch Attrappen von OP-Werkzeugen, die an Virtual-Reality-Systeme gekoppelt sind. Auf diese Weise lässt sich der Gebrauch von Skalpell oder Knochensäge täuschend echt simulieren. Auch Notfallsituationen wie ein Herzstillstand oder plötzlich auftretende Blutungen können virtuell geprobt werden. Einzelne Operationsschritte lassen sich beliebig oft wiederholen.

Das virtuelle Krankenhaus

Durch VR lassen sich in der Medizin zukünftig Visiten und Konferenzen via Stream im dreidimensionalen Raum abhalten. Das ist jedoch nur die Spitze des Eisbergs. Einen großen Dienst kann VR in der Medizin vor allem in der Operationsvorbereitung leisten. Ergänzend zu Röntgenaufnahmen können Chirurgen via VR-Technologie vor und während der OP Innenansichten von Organen und Knochen live aus verschiedenen Perspektiven ansehen. Das erleichtert ihre Arbeit ungemein.

Auch in der Schmerztherapie wird viel mit VR-Technologie geforscht. Sie soll Patienten eine außerkörperliche Erfahrung ermöglich. Das könnte die Basis für eine Veränderung der Körperwahrnehmung sein. Das soll Patienten ermöglichen, im virtuellen Raum Bewegungen schmerzfrei auszuführen, die sie in der realen Welt vermeiden. Die Hoffnung der Mediziner ist, durch VR in der Medizin dafür sorgen zu können, dass Patienten ihren Alltag mit weniger Schmerzen meistern können.

Virtuelle Realität und Psychologie: Die VR-Therapie

Ein weiteres Feld, in dem sich VR in der Medizin anwenden lässt, sind Psychotherapien. Das gilt vor allem bei der Bewältigung von Angststörungen. Hier kommt den Patienten zugute, dass Menschen eine gut simulierte virtuelle Umgebung als real empfinden. In einer VR-Therapie können Patienten mit für sie Situationen konfrontiert werden, ohne sich im realen Leben in die Gefahr einer solchen Situation begeben zu müssen. So kann zum Beispiel eine Spinne, die über die Haut krabbelt, mittels VR-Therapie täuschend echt optisch und taktil simuliert werden. Der Patient, der an Arachnophobie leidet, kann sich seiner Angst stellen, ohne dass dafür ein hilfloses Insekt einer Stresssituation ausgesetzt werden muss. Auch im Bereich Höhenangst ergeben sich durch eine VR-Therapie vielversprechende Behandlungsmöglichkeiten.

In der Psychologie wurde während der letzten Jahre eine umfassende Grundlagenforschung zum Präsenzerleben in einer virtuellen Umgebung betrieben. Im besonderen Fokus der Forscher stand die VR-Therapie bei Angst, Phobien und Psychosen. Unterschiedliche Forschungsansätze lassen den Schluss zu, dass User Sinneserfahrungen und Emotionen in der virtuellen Umgebung von realen Erlebnissen nicht unterschieden können. Im Bereich Verhaltensforschung wird das durch eindeutige Forschungsergebnisse untermauert.

Anwendungsfelder der VR-Therapie im Bereich Psychotherapie sind unter anderem:

  • Generelle Angststörungen und Phobien
  • Höhenangst
  • Flugangst
  • Klaustrophobie
  • Soziale Phobien
  • Essstörungen
  • Psychotische Erkrankungen

Gleichsam warnen Forschende vor den Risiken der VR-Technologie. Das Gehirn kann durch die virtuelle Illusion verwirrt werden. Auf lange Sicht könnten Virtual Reality und Augmented Reality das Verhalten von Personen beeinflussen. Studien brachten in dieser Beziehung jedoch keine eindeutigen Ergebnisse zutage. Forschende, Entwickler und Mediziner sind im Allgemeinen jedoch der Ansicht, dass der Nutzen die Risiken überwiegt.

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