Computerassistierte Chirurgie und Telemedizin

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1 Seite 1 von 47 LEHRBEHELF zur Vorlesung Computerassistierte Chirurgie und Telemedizin Inkl. CD-ROM mit Original-Videos und Fallbeispielen a.o. Univ.-Prof. Dr. Kurt Alexander SCHICHO Medizinische Universität Wien Universitätsklinik für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie Währinger Gürtel A-1090 Wien

2 Seite 2 von 47 Vorwort Die rasante Entwicklung auf dem Gebiet Physik sowie der Informations- und Telekommunikationstechnologie wirkt sich in immer stärkerem Maße auf die Medizin aus. Bekanntestes Beispiel dafür sind wohl bildgebende Verfahren wie Computertomographie oder Magnetresonanztomographie, die aus dem klinischen Alltag nicht mehr wegzudenken sind und deren Leistungsfähigkeit für die Diagnostik entscheidend ist. Etwa ab Mitte der 1990-iger Jahre zeichnet sich weltweit ein bis heute unvermindert anhaltender Trend ab: High Tech nicht nur in der Diagnostik, sondern auch direkt am Operationstisch. Zentrale Idee ist der jahrhundertealte Wunsch, einen gläsernen Patienten zu schaffen, wobei dieser Begriff hier nicht im Sinne skeptischer Datenschützer zu verstehen ist, die vor den Gefahren der Speicherung sensibler medizinischer Daten warnen. Wir meinen damit, dass der Chirurg das Innere des Menschen sieht, schon bevor er das Skalpell ansetzt. Die Radiologie ermöglicht zwar wesentliche Fortschritte in diese Richtung, doch bisher musste trotz höchster Qualität der bildgebenden Verfahren der Operateur die in diesen Darstellungen enthaltenen Informationen erst mit dem echten Patienten gedanklich abstimmen, gleichsam zwei Welten überlagern. Die computerassistierte Navigation, um die es in dieser Vorlesung geht, schafft den gläsernen Patienten durch Fusion von computererzeugten künstlichen Informationen mit dem realen Patienten. Der Operateur sieht tatsächlich unter die Oberfläche, in den Patienten, in dessen Organe hinein. Er bekommt Informationen, wo er sich befindet. Die Übertragung solcher elektronischen Informationsinhalte über Telekommunikation wird dem weiten Feld der Telemedizin zugerechnet. In unserer Vorlesung konzentrieren wir uns speziell auf solche Telemedizin-Anwendungen, wo Telekommunikation mit Navigation kombiniert wird. Diese Konzepte eröffnen zusätzlich zur Telekonsultation im Sinne einer Einbeziehung zusätzlicher Experten in den Operationsverlauf auch neue Dimensionen in der medizinischen Aus- und Weiterbildung. Dem Studierenden bietet sich erstmals die Gelegenheit, unabhängig vom Aufenthaltsort immer wieder echte Operationen live und aus nächster Nähe mitzuerleben.

3 Seite 3 von 47 Ich hoffen, dass Sie in dieser Vorlesung viele Anregungen für Ihr Berufleben mitnehmen können und wollen abschließend betonen, dass es gerade im sensiblen Spannungsfeld zwischen Patient und Hochtechnologie auf den verantwortungsbewussten und wohlüberlegten Einsatz der beeindruckenden technischen Möglichkeiten ankommt. Daher soll Ihnen unsere Lehrveranstaltung auch helfen, durch aktuelles Wissen über den Stand der Entwicklung Ihre eigene Kritikfähigkeit in Fragen der High Tech Medizin zu schärfen. Dieses Manuskript enthält viele der in der Vorlesung besprochenen Folien und soll Ihnen helfen, mit wenig Schreibarbeit den roten Faden zu erkennen. Allerdings ist es kein vollständiges Skriptum fürs Selbststudium, sondern eine Ergänzung zum Vorlesungsbesuch. Dr. Kurt Alexander Schicho

4 Seite 4 von 47 Inhaltsverzeichnis Vorwort 2 1. Einleitung Computerassistierte Chirurgie Allgemeine Grundlagen von Augmented Reality und Navigation Die Registrierung Klinische Anwendungsbeispiele Genauigkeit der Navigation Telemedizin Einführung Interaktive Telekonsultation Der Telenavigations-Client Skalierung des Aufwandes Literatur 45

5 Seite 5 von EINLEITUNG COMPUTERASSISTIERTE CHIRURGIE Zu Beginn dieses Blockes werden die allgemeinen Grundlagen der computerassistierten Chirurgie bzw. der Navigation erklärt. Im zweiten Teil werden dann diese Anwendungen mit Telekommunikation kombiniert, um Telemedizin zu verwirklichen Allgemeine Grundlagen von Augmented Reality und Navigation Schon seit jeher wird bei Untersuchungen das Gesehene mit Informationsinhalten (abstrakt gesprochen), die man im Gehirn gespeichert hat, abgeglichen. Diese gespeicherten Informationsinhalte bestehen z.b. aus dem Wissen, das man sich beim Medizinstudium und in der Praxis angeeignet hat (Anatomie, Pathologie, ). Die Kombination des real Gesehenen mit dem gespeicherten Wissen erfordert allerdings die Vorstellungskraft des Untersuchers. Otoskop, anno 1865 Das Gesehene muss in der Vorstellung mit dem Wissen des Betrachters überlagert werden Telekommunikation?: Beschränkt auf gesprochene oder geschriebene Inhalte Informationsverlust unvermeidbar! aus: History of Endoscopy, M.A. Reuter et al. Heute kann die Technik diese Überlagerung von Informationsebenen vornehmen, indem optische Informationen mit computergenerierten Darstellungen überlagert werden. Die reale Szene (z.b. durch OP-Mikroskope beobachtet) wird durch

6 Seite 6 von 47 Zusatzinformationen erweitert. Man spricht von Augmented Reality, was wörtlich so viel heißt wie erweiterte Wirklichkeit. Heute Obwohl dies sehr futuristisch klingt, handelt es sich keineswegs um Zukunftsmusik, sondern um Technologien, die längst ihren Eingang in die klinische Routine gefunden haben. Aus vielen Bereichen der Medizin ist Augmented Reality nicht mehr wegzudenken. Nicht nur an großen Universitätskliniken und Forschungszentren ist sie etabliert, wie diese beiden (mehrere Jahre alten!) Zeitungsausschnitte belegen.

7 Seite 7 von 47 Navigation - auch in den Massenmedien ein Thema! Kleine Zeitung, Kleine Zeitung, Doch wie funktioniert nun Navigation? Aus dem Auto, von Flugzeugen oder Schiffen ist Navigation jedermann bekannt. Die Idee hinter der Navigation in der Chirurgie ist grundsätzlich sehr ähnlich. Funktionsprinzip Vergleich mit GPS-Navigation (z.b. im Auto oder am Schiff)

8 Seite 8 von 47 In der Navigation in Fahrzeugen werden von Satelliten kontinuierlich Positionsinformationen geliefert und in einer digitalen Landkarte eingeblendet. Die Navigation wird also möglich durch die Kombination von Positionsangaben mit digitalem Kartenmaterial. Vergleich GPS-Systeme in modernen PKWs Satelliten Digitialisierte Landkarte im Bordcomputer Im Operationssaal können natürlich keine Satelliten zur Positionserfassung verwendet werden. An ihre Stelle treten so genannte Trackingsysteme oder auch Digitizer. Das digitale Kartenmaterial sind in der Medizin bildgebende Verfahren, meist Computertomographie (CT) oder Magnetresonanztomographie (MR), aber auch Ultraschall usw.

9 Seite 9 von 47 Navigation in der Chirurgie - Unterschiede zu GPS-Navigationssystemen Satellit z.b. optoelektronische Trackingsysteme (Digitizer) Landkarte z.b. aus CT-Daten berechnete 3D-Modelle des Schädels Trackingsysteme Optoelektronisch passiv aktiv Elektromagnetisch Ultraschall (mechanische heute unbedeutend) Diese Technologien zur Positionserfassung werden auch außerhalb der Medizin in vielen Bereichen verwendet, etwa in virtuellen Fernsehstudios, zur Animation von Zeichentrickfiguren oder in der Bewegungsanalyse für Sportler.

10 Seite 10 von 47 Beispiel: Virtuelles TV-Studio Beispiel: Bewegungsanalyse z.b. zur Animation von Zeichentrickfiguren In der Medizin gibt es unterschiedlichste technische Lösungen dafür. Der Zweck ist im Prinzip aber stets derselbe: Die kontinuierliche und genaue Erfassung von Positionen.

11 Seite 11 von 47 Systemkomponenten (Zahnarzt) Positionserfassung (Tracking) Beispiel: Dentale Implantologie

12 Seite 12 von 47 Systemkomponenten (Beispiel: Arthroskopie) Beispiel: Passive Rigid Bodies ( Sensoren )

13 Seite 13 von 47 Elektromagnetisches Tracking Beispiel: Aurora TM (NDI Northern Digital Inc.) Ein modernes kommerzielles elektromagnetisches Trackingsystem (wie es auch an unserer Klinik verwendet wird) zeigt die folgende Abbildung: Das komplette Navigationssystem (Computer bzw. Workstation mit Trackingsystem) sieht z.b. so aus:

14 Seite 14 von 47 Moderne Navigationssysteme Stryker Navigation System Medtronic Treon TM Bei optischen Trackingsystemen wird der OP-Bereich mit Infrarotlicht abgetastet, welches an speziellen Sensoren (eine Bezeichung, die aus technischer Sicht eigentlich nicht ganz korrekt ist, aber in der Medizin gebräuchlich ist) reflektiert wird. Durch die unterschiedlichen geometrischen Bauformen der Sensoren kann der Computer diese eindeutig erkennen und ihre Positionen bestimmen.

15 Seite 15 von 47 Navigation Kiefergelenks-Arthroskopie; OP-Situs IR-Digitizer Sensoren (am Patienten und an den Instrumenten) Nun ist für die Navigation die Überlagerung des realen Patienten mit den computergenerierten Inhalten entscheidend. Dieses augmented reality -Prinzip ist vergleichbar mit einem Flugzeug, das die Navigation zum Landeanflug verwendet. Während der Pilot die reale Landebahn sieht, werden Zusatzinformationen (Höhe, Geschwindigkeit, Neigungswinkel, ) in die Scheibe eingeblendet. Im Gegensatz dazu würde man bei einem Computerspiel (z.b. einem Flugsimulator) von virtual reality sprechen, weil hier alles aus Computergraphiken besteht.

16 Seite 16 von 47 Augmented Reality in der Chirurgie Virtual Reality Künstlich generierte Welt im Computer Augmented Reality Reale Welt wird durch zusätzliche Informationen ergänzt Overlay-Graphiken Prinzip der Image Fusion Präoperative radiologische Aufnahmen Real World Live Video Images Image Fusion Augmented World

17 Seite 17 von 47 Für die konkrete Anwendung in der Medizin wurden diese Ideen von Dr. Michael Truppe bereits in den 1990-iger Jahren patentiert. Grundlegende Patente U.S. Patent No. 5,823,958 (Michael Truppe, Oct.1998): System and method for displaying a structural data image in real-time correlation with moveable body Any points of the structural image can be shown on the display as a virtual image corresponding to the points on the object in real-time. In der Anwendung ermöglicht diese Idee einen großen Schritt zur Realisierung des lang gehegten Wunsches nach dem Gläsernen Patienten nicht im Sinne der Datenschützer, sondern im Sinne des Chirurgen, der bereits vor dem Griff zum Skalpell unter die Oberfläche blicken möchte. Videobrillen oder Head Mounted Displays bringen im Vergleich zu herkömmlichen Monitoren eine weitere Verbesserung der visuellen Wahrnehmung für den Operateur.

18 Seite 18 von 47 Head Mounted Displays: Der Gläserne Patient Kritische anatomische Strukturen (z.b. der Verlauf von Nerven oder Gefäßen) können so sicher dargestellt und mit dem realen Patienten überlagert werden. Head Mounted Display

19 Seite 19 von 47 Der Blick unter die Oberfläche Augmented World?. Real World Die Begriffe Videobrille und Head Mounted Display werden häufig synonym verwendet. Dennoch besteht der Unterschied streng genommen darin, dass bei echten Head Mounted Displays laufend die Blickrichtung erfasst und die Einblendung von Information daran angepasst wird. Videobrillen vs. HMDs Videobrillen: Zeigen das Monitorbild ergonomische Vorteile: Operateur braucht nicht laufend auf den Monitor zu blicken HMDs: Getrackt passen die Darstellung kontinuierlich an die Blickrichtung des Operateurs an

20 Seite 20 von Die Registrierung Ein entscheidender Schritt ist die Verknüpfung des realen Patienten am Operationstisch mit dem korrespondierenden Modell (2- und 3-dimensional, aus CTund MR-Aufnahmen rekonstruiert) im Computer. Dieser Schritt wird als Registrierung (manchmal auch Referenzierung ) bezeichnet und ist für die Genauigkeit des gesamten Ablaufes von entscheidender Bedeutung. Es wurden bereits unzählige Registrierungsmethoden entwickelt, die jedoch alle demselben Zweck dienen. Einige (vor allem besonders gebräuchliche) werden hier vorgestellt. Das Prinzip ist einfach: Man wählt klar definierte und einwandfrei erkennbare Punkte am Patienten (entweder anatomische Punkte, oder was viel genauer ist zusätzlich angebrachte Markierungspunkte), und identifiziert diese Punkte in der computertomographischen Darstellung. Während der Operation werden dann diese Punkte nacheinander mit einem speziell kalibrierten Instrument ( Pointer ), von dessen Spitze die Koordinaten exakt bekannt sind, berührt. Damit wird eine eindeutige Zuordnung zwischen dem realen Patienten und dem Modell im Computer geschaffen. Die (aus der Mittelschul-Mathematik bestens bekannten) Koordinatensysteme, auf die man sich dabei bezieht, werden in Form der vorhin erwähnten Sensoren (auch Tools genannt) am Patienten und an den verwendeten chirurgischen Instrumenten (Sauger, Bohrer, Endoskop, ) befestigt. Jeder Sensor bestimmt also ein Koordinatensystem, und diese bewegen sich relativ zueinander.

21 Seite 21 von 47 Am Beginn jeder Navigations-OP: Registrierung Verknüpfung des realen Patienten mit dem entsprechenden Modell im Computer Die Registrierung ist für die Genauigkeit entscheidend Anzeige von Genauigkeitszonen Anzeige der Genauigkeit des registrierten Volumens und des Zielpunktes Medtronic StealthStation TM Treon TM

22 Seite 22 von 47 Berührungsfreie Oberflächenregistrierung Beispiel: Medtronic Fazer TM Eine andere Methode der Oberflächenregistrierung LEDs

23 Seite 23 von Klinische Anwendungsbeispiele Orthopädische Chirurgie Medtronic StealthStation TM Treon TM

24 Seite 24 von 47 Wirbelsäulenchirurgie Medtronic StealthStation TM Treon TM Hals-, Nasen- und Ohrenheilkunde

25 Seite 25 von 47 Dental-Implantologie Präoperative Planung Medtronic Stealthstation TM Treon TM Präoperative Planung Artma Virtual Implant Navigator TM

26 Seite 26 von 47 Registrierung Micro screws are used as fiducial markers Intraoperative Navigation Artma Virtual Implant Navigator TM

27 Seite 27 von 47 Intraoperative Navigation Virtual Implant Navigator TM Postoperative Qualitätskontrolle

28 Seite 28 von 47 Kiefergelenks-Arthroskopien Endoskopische Eingriffe an Gelenken (Arthroskopien) sind chirurgisch äußerst anspruchsvoll. Hier sehen Sie als Beispiel eine Anwendung am Kiefergelenk, bei dem noch die Nähe zur Schädelbasis und die engen räumlichen Verhältnisse eine zusätzliche Herausforderung darstellen. Ein grundlegendes Patent zur Navigation von Endoskopen wurde ebenfalls von Dr. Michael Truppe angemeldet. Die Idee der relativ zueinander bewegten Koordinatensysteme ist deutlich nachvollziehbar. Grundlegendes Patent U.S. Patent No. 5,704,897 (Michael Truppe, Jan. 1998): Apparatus and method for registration of points of a data field with respective points of an optical image The apparatus and method described in this patent enable a precise superimposition of an optical representation with a data field to support the navigation during endoscopic operations.

29 Seite 29 von 47 Kiefergelenks-Arthroskopie: Kalibrierung der Tools Stryker Navigation System OP-Situs Stryker Navigations System

30 Seite 30 von 47 Kiefergelenks-Arthroskopie MedScanII TM (Artma Medical Technologies AG) Kiefergelenks-Arthroskopie MedScanII TM (Artma Medical Technologies AG)

31 Seite 31 von 47 Kiefergelenks-Arthroskopie MedScanII TM (Artma Medical Technologies AG) Kiefergelenks-Arthroskopie Stryker Navigations System

32 Seite 32 von 47 Auch in der folgenden Darstellung (Originalansichten des Monitors während der Operation) ist das Augmented Reality-Prinzip erkennbar. Die 2- und 3-dimensionalen Dartstellungen des Patienten sind aus CT-Daten rekonstruiert, während im rechten unteren Quadranten das Videosignal des Endoskops einbeblendet ist. Es wird klar, dass im endoskopischen Bild (trotz guter Bildqualität und hoher Auflösung) die Orientierung schwierig und nur mit sehr viel Erfahrung möglich ist. Die Navigation bietet diese Orientierung über die aktuelle Position des Arthroskopes. Kiefergelenks-Arthroskopie Stryker Navigations System 1.4. Genauigkeit der Navigation Eine der zentralen Fragen in der computerassistierten Chirurgie betrifft die Genauigkeit. Auch an unserer Klinik wurden dazu umfangreiche Experimente durchgeführt. Im Rahmen dieser Blocklehrveranstaltung kann aber aus zeitlichen Gründen nicht ausführlich darauf eingegangen werden, weshalb auf die einschlägigen Fachpublikationen (siehe Literaturverzeichnis) verwiesen werden muss. Grundsätzlich ist aber zu vermerken, dass sich die Herstellerangaben häufig auf Messungen unter Laborbedingungen beziehen und ausschließlich das

33 Seite 33 von 47 Trackingsystem selbst berücksichtigen. Im intraoperativen Einsatz kann es jedoch zu einer Kumulation von Ungenauigkeiten und Fehlerquellen kommen, die bereits beim CT-Scan beginnt (z.b. unentdeckte Kopfbewegung des Patienten) und sich über Ungenauigkeiten bei der Planung, die Registrierungsmethode bis hin zu potentiellen Störfaktoren für das Trackingsystem, die aus den Bedingungen im OP resultieren, erstreckt. Die tatsächlich erzielbaren Genauigkeiten sind also meist nicht unmittelbar aus den technischen Spezifikationen des Trackingsystems erkennbar. Gewissenhafte Genauigkeitskontrollen während der Operation und insbesondere die Anwendung eines geeigneten Registrierungsverfahrens sind in jedem Fall von unerlässlich. Die folgende Tabelle illustriert die Problematik: Herstellerangaben lassen häufig keine klaren Rückschlüsse auf die intraoperativ zu erwartenden Genauigkeiten zu. System Angaben zur Genauigkeit (Herstellerangaben, wenn nicht anders angegeben) Polaris TM (NDI Northern Digital Inc.) Optotrak TM (NDI Northern Digital Inc.) 0.35mm RMS (random mean squared error) bei einem einzelnen Marker auf der Basis von 1269 Meßpunkten innerhalb des Arbeitsvolumens, für jeden Punkt 30 Messungen bei 20 C RMS accuracy to 0.1mm; resolution to 0.01mm FlashPoint TM Model 5000 (Image Guided Technologies Inc.) ARTtrack 1 TM (A.R.T. Advanced Realtime Tracking GmbH) Durchschnittlicher Fehler 0.23mm bei einer Standardabweichung von 0.05mm Auflösung: 1/ FoV horizontal 1/ FoV vertikal Absolutgenauigkeit: x: 1/ FoV (RMS) y: 1/ FoV (RMS) FoV... field of view

34 Seite 34 von TELEMEDIZIN 2.1. Einführung Der rasante Fortschritt auf dem Gebiet der Informations- und Telekommunikationstechnologie vor allem im vergangenen Jahrzehnt übt auf die Medizin, ganz speziell auf die chirurgischen Fächer, einen entscheidenden Einfluss aus. Bereits seit den ersten Tagen der allgemeinen Zugänglichkeit des damals neuen Mediums Internet wird auch an der Universitätsklinik für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie an der Medizinischen Universität Wien (Vorstand: Univ.Prof. DDr. Rolf Ewers) diese Technologie genutzt, um bei verschiedensten komplexen chirurgischen Eingriffen und Behandlungsabläufen mittels Telekonsultation hoch spezialisiertes Expertenwissen global verfügbar zu machen. Aufbauend auf den Erkenntnissen aus umfassender Grundlagenforschung konnten zahlreiche Anwendungen inzwischen im klinischen Routineeinsatz etabliert werden. Das Ergebnis ist ein wertvoller Beitrag zur Qualitätssicherung in der Behandlung bei gleichzeitiger Steigerung der Kosteneffizienz. Auch in der medizinischen Aus- und Weiterbildung eröffnet Telemedizin neue Perspektiven, weil eine unmittelbare Einbindung etwa in Operationen unabhängig von der geographischen Entfernung möglich wird. Zu den wichtigsten Entwicklungen in der High-Tech Medizin zählt die interaktive Telekonsultation in Verbindung mit Navigation auf der Basis von augmented reality environments. Dabei beschränkt man sich nicht auf das bloße Übertragen von Videosignalen, um bei Operationen zuzusehen, sondern man ermöglicht den über Telekonsultation eingebundenen Kollegen eine direkte Einflussnahme auf das Geschehen. Dieser Zugang wird erst durch die Kombination von Telekommunikation mit intraoperativer Navigation möglich, wie sie zuvor in dieser Vorlesung vorgestellt wurde. Eine allgemeine Definition von Telemedizin könnte lauten: Telemedizin ist jede Übermittlung medizinischer Information mittels Telekommunikationstechnologie. Daher ist es wenig überraschend, dass die Entwicklung der Telemedizin weitestgehend parallel zu den technischen Fortschritten in der Telekommunikation

35 Seite 35 von 47 und dementsprechend rasch verläuft. In der Praxis sind derzeit unter anderem folgende Bereiche der Telemedizin bedeutend: Teleradiologie Telepathologie Teleophthalmolog. TELEMEDIZIN Teledermatologie etc. Teleneurorehab. In vielen Fällen verwendet Telemedizin herkömmliche Telekommunikationsinfrastruktur zur Übermittlung medizinischer Inhalte ( statische Bilder und/oder live-videokonferenzen) 2.2. Interaktive Telekonsultation Während man unter Telemedizin vielfach lediglich die Übertragung von Bild- oder Videodaten versteht, gibt es auch die Möglichkeit, auf einen Navigationscomputer im Operationssaal von auswärts zuzugreifen (remote control). In diesem Fall spricht man von interaktiver Telekonsultation. Das folgende Schema illustriert die technische Realisierung:

36 Seite 36 von 47 Beispiel einer interaktiven, intraoperativen Telekonsultation Direktes Feedback durch Zugriff auf den Navigationscomputer; volle Interaktion Das herausragende Merkmal dieser Konzepte ist die Tatsache, dass die Übertragung jeglicher computergenerierter Strukturen im Gegensatz etwa zur verbalen Kommunikation prinzipiell mit keinerlei Verlust an Informationsgehalt einhergeht. Augmented Reality und Telekommunikation Operationssaal Computergenerierte Information (Overlay- Graphiken) identisch! Externe Experten Computergenerierte Information (Overlay- Graphiken) Patient z.b. herkömmliche Videokonferenz Im Gegensatz zur herkömmlichen audiovisuellen (Tele-)Kommunikation kommt es bei der Übertragung computergenerierter Strukturen zu keinerlei Informationsverlust.

37 Seite 37 von 47 Diese Idee ermöglicht nicht nur die intraoperative Telekonsultation. In gewissen Fällen, etwa der navigationsunterstützten dentalen Implantologie, ist eher die Telekonsultation in der präoperativen Planungsphase sinnvoll, weil dabei das spezielle Expertenwissen nötig ist (während die reine Insertion der Implantate nach Abschluss der Planung in der Regel für den Zahnarzt kein Problem darstellt). Telekonsultation in der navigations-unterstützten Dental-Implantologie Hochspezialisiertes Wissen wird ortsunabhängig zugänglich gemacht Einfache Übertragung einer Datei mit Planungsdaten z.b. per Die in der Telemedizin eingesetzten Technologien können auch in der medizinischen Aus- und Weiterbildung wertvolle Dienste leisten, da den Studierenden immer wieder neue, echte Fälle zugänglich gemacht werden. Praxisnahes Lernen wird unabhängig vom geographischen Aufenthaltsort der Studierenden möglich. Eine Grundvoraussetzung sind (wie überall im IT-Bereich) ausreichende Bandbreiten für die Übertragung. Die verfügbaren Bandbreiten können daher heute generell als wesentlicher Standortfaktor betrachtet werden.

38 Seite 38 von 47 Teleeduction : Live-Übertragung von Operationen IP-basiertes Videokonferenzsystem (Tandberg) Kostengünstigerer Betrieb als bei ISDN-basierten Übertragungen 2.3. Der Telenavigations-Client Eine neue Entwicklung auf dem Gebiet der Augmented Reality in Verbindung mit Navigation ist der Telenavigations-Client vom Karl Landsteiner Institut für Biotelematik (Dr. Michael Truppe). Die zentrale Idee dahinter ist es, den Datenstrom aus dem Trackingsystem separat z.b. über das Internet zu übertragen. Die Zuseher (z.b. Studierende oder Ärzte) laden bereits vorher das Datenmaterial der bildgebenden Modalitäten (in der Regel CT und/oder MR), um während der Operation keinen Videostream, sondern lediglich den Datenfluss aus dem Trackingsystem zu empfangen. Mittels spezieller Software, die im Prinzip ein vollständiges Navigationsprogramm ist, findet nun jeder Zuseher auf dem Remote- Computer eine identische Situation wie am Operationscomputer vor. Allerdings beschränkt sich diese Anwendung nicht auf das reine Zusehen, sondern ermöglicht beliebige Modifikationen der Darstellungen (z.b. Schnitte, Ansichten, ), ohne den Operationsverlauf zu stören.

39 Seite 39 von 47 Teleeducation Spezieller Telenavigationsclient für intraoperative Navigation Intraoperative Navigation mit interaktiver Beteilgung externen Zuseher in Echtzeit Entwickelt vom Karl Landsteiner Institut für Biotelematik (Dr. Michael Truppe) Telenavigations-Client Die Daten aus dem Trackingsystem (Positionserfassung) werden über das Internet zu anderen Computern gestreamt, die als Client fungieren Karl Landsteiner Institut für Biotelematik, Wien

40 Seite 40 von 47 Telenavigations-Client Jedem Teilnehmer steht faktisch ein eigenes, unabhängiges Navigationssystem identisch zu dem im Operationssaal verwendeten zur Verfügung Karl Landsteiner Institut für Biotelematik, Wien Ein 3D-Modus bietet in Verbindung mit speziellen 3D-Brillen besonders anschauliche dreidimensionale Darstellungen. 3D-Modul: dreidimensionales Sehen mit speziellen Brillen Karl Landsteiner Institute Biotelematics, Vienna

41 Seite 41 von Skalierung des Aufwandes Telemedizin-Anwendungen sind nicht a priori mit hohem oder geringem Aufwand verbunden, sondern es gibt eine Reihe von Anwendungen, die sich in dieser Hinsicht gravierend unterscheiden. Da dieser Aspekt insbesondere aus medizinökonomischer Sicht relevant ist, sollen hier Beispiele für sinnvolle Anwendungen sowohl mit geringem, als auch mit hohem tehnischem und finanziellen Aufwand gezeigt werden. Skalierung vom minimalen zum maximalen Aufwand Minimaler Aufwand: Telekonsultation über herkömmliche UMTS-Handys bei endoskopischen Eingriffen Maximaler Aufwand: z.b. Teleeducation mit Übertragung für ein großes Auditorium in Spitzenqualität Tele-Navigation via UMTS bei Kiefergelenks-Arthroskopie

42 Seite 42 von 47 UMTS- Telearthroskopie und Navigation Navigationsbildschirm UND arthroskopisches Live-Video Maximale Qualität Live-OPs am ICOMS 2005 in Wien AKH Kongresszentrum Hofburg

43 Seite 43 von 47 Live-OPs AKH Wien Hofburg Im Übertragungswagen, der sonst für TV-Sendungen verwendet wird

44 Seite 44 von 47 Live-OPs Der Schnittplatz für die Regie der Live-OP Im Operationssaal und im Kongresszentrum:

45 Seite 45 von Literatur Ewers R, Schicho K, Wanschitz F, Truppe M, Seemann R, Wagner A. Basic research and 12 years of clinical experience in computer assisted navigation technology: A review; International Journal of Oral & Maxillofacial Surgery 2005; 34(1), 1-8. Ewers R, Schicho K, Undt G, Seemann R, Truppe M, Wagner A. Seven years of clinical experience with teleconsultation in craniomaxillofacial surgery. Journal of Oral and Maxillofacial Surgery, 2005 Mar;63(10): Ewers R, Schicho K, Seemann R, Reichwein A, Figl M, Wagner A. Computer aided navigation in dental implantology: 7 years of clinical experience. J Oral Maxillofac Surg Mar;62(3): Schicho K, Figl M, Seemann R, Donat M, Pretterklieber ML, Birkfellner W, Reichwein A, Wanschitz F, Kainberger F, Bergmann H, Wagner A, Ewers R. Laser surface scanning versus fiducial-based patient registration in frameless stereotaxy. Journal of Neurosurgery accepted for publication to appear April 2007 Schicho K, Figl M, Seemann R, Ewers R, Lambrecht JT, Wagner A, Watzinger F, Baumann A, Kainberger F, Fruehwald J, Klug C. Accuracy of treatment planning based on stereolithography in computer assisted surgery. Medical Physics 2006, 33(9): Schicho K, Kastner J, Klingesberger R, Seemann R, Enislidis G, Undt G, Wanschitz F, Figl M, Wagner A, Ewers R. Surface area analysis of dental implants using micro-ct. Clinical Oral Implants Research, accepted for publication Schicho K, Figl M, Donat M, Birkfellner W, Seemann R, Wagner A, Bergmann H, Ewers R. Stability of miniature electromagnetic tracking systems. Physics in Medicine and Biology (2005) May 7;50(9): Epub 2005 Apr 20. Wagner A, Wanschitz F, Birkfellner W, Zauza K, Watzinger F, Schicho K, Kainberger F, Czerny C, Bergmann H, Ewers R. Computer-Aided Placement of Endosseous Oral Implants in Patients after Ablative Tumor Surgery: Assessment of Accuracy. Clin Oral Implants Res Jun;14(3): Wagner A, Schicho K, Kainberger F, Birkfellner W, Glaser C, Grampp S, Ewers R. Quantification and Clinical Relevance of Head Motion During Computed Tomography. Invest Radiol. 2003;38(11): Wagner A, Schicho K, Birkfellner W, Figl M, Seemann R, König F, Ewers R. Quantitative Analysis of Factors Affecting Intraoperative Precision and Stability of Optoelectronic and Electromagnetic Tracking-Systems. Medical Physics 2002 May;29(5): Wanschitz F, Birkfellner W, Figl M, Patruta S, Wagner A, Watzinger F, Yerit K, Schicho K, Hanel R, Kainberger F, Imhof H, Bergmann H, Ewers R. Computer-enhanced

46 Seite 46 von 47 stereoscopic vision in a head-mounted display for oral implant surgery. Clin Oral Implants Res Dec;13(6): Seemann, Czerny C, Schicho K, Undt G, Piehslinger E, Ewers R, Wagner A. Pseudodynamic MRI differs from natural opening of the temporomandibular joint. Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol Endod Accepted for publication C. Klug, K. Schicho, O. Ploder, K. Yerit, F. Watzinger, R. Ewers, A. Wagner. Point-topoint computer-assisted navigation for precise transfer of planned zygoma osteotomies from the sterolithographic model into reality. J. Oral Maxillofac. Surg., 64, (2006). Wagner A, Seemann R, Schicho K, Ewers R, Piehslinger E. A comparative analysis of optical and conventional axiography for the analysis of temporomandibular joint movements. J Prosthet Dent Nov;90(5): Wagner A, Undt G, Schicho K, Wanschitz F, Watzinger F, Murakami K, Czerny C, Ewers R. Interactive stereotaxic teleassistance of remote experts during arthroscopic procedures. Arthroscopy 2002;18(9): Wagner A, Undt G, Watzinger F, Wanschitz F, Schicho K, Yerit K, Kermer C, Birkfellner W, Ewers R. Principles of computer-assisted arthroscopy of the temporomandibular joint with optoelectronic tracking technology. Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol Endod 2001 Jul;92(1):30-7. Baumann A, Schicho K, Klug C, Wagner A, Ewers R. Computer-assisted navigational surgery in oral and maxillofacial surgery. Atlas Oral Maxillofac Surg Clin North Am Mar;13(1):41-9. Watzinger F, Wanschitz F, Rasse M, Millesi W, Schopper C, Kremser J, Birkfellner W, Sinko K, Ewers R. Computer-aided surgery in distraction osteogenesis of the maxilla and mandible. Int J Oral Maxillofac Surg 28: , Watzinger F, Wanschitz F, Wagner A, Enislidis G, Millesi W, Baumann A, Ewers R. Computer-aided navigation in secondary reconstruction of post-traumatic deformities of the zygoma. J Craniomaxillofac Surg 25: , Enislidis G, Wagner A, Ploder O, Ewers R. Computed intraoperative navigation guidancea preliminary report on a new technique. Br J Oral Maxillofac Surg 1997:35: Wagner A, Ploder O, Enislidis G, Truppe M, Ewers R. Image-guided surgery. Int J Oral Maxillofac Surg 1996:25: Wagner A, Ploder O, Enislidis G, Truppe M, Ewers R. Virtual image guided navigation in tumor surgery technical innovation. J Craniomaxillofac Surg 1995:23:

47 Seite 47 von 47 Wagner A, Rasse M, Millesi W, Ewers R. Virtual reality for orthognathic surgery: the augmented reality environment concept. J Oral Maxillofac Surg 1997:55: ; discussion Watzinger F, Birkfellner W, Wanschitz F, Ziya F, Wagner A, Kremser J, Kainberger F, Huber K, Bergmann H, Ewers R. Placement of Endosteal Implants in the Zygoma after Maxillectomy: A Cadaver Study Using Surgical Navigation. Plast Reconstr Surg 2001:107: Wagner A, Millesi W, Watzinger F, Truppe M, Rasse M, Enislidis G, Kermer C, Ewers R. Clinical experience with interactive teleconsultation and teleassistance in craniomaxillofacial surgical procedures. J Oral Maxillofac Surg 1999:57: Ploder O, Wagner A, Enislidis G, Ewers R. Computer-assisted intraoperative visualization of dental implants. Augmented reality in medicine. Radiologe 1995:35: Wanschitz F, Birkfellner W, Watzinger F, Schopper C, Patruta S, Kainberger F, Figl M, Kettenbach J, Bergmann H, Ewers R. Evaluation of accuracy of computer-aided intraoperative positioning of endosseous oral implants in the edentulous mandible. Clin Oral Implants Res 2002:13: Watzinger F, Birkfellner W, Wanschitz F, Millesi W, Schopper C, Sinko K, Huber K, Bergmann H, Ewers R. Positioning of dental implants using computer-aided navigation and an optical tracking system: case report and presentation of a new method. J Craniomaxillofac Surg 1999:27: