KI unterstützt bei Hirn-OP

Um bei Notfällen den Druck im Gehirn zu verringern, müssen Chirurgen einen Katheter in die Hirnkammern einführen. Die „Koordinaten“ zur Orientierung müssen sie bislang ertasten. Das wollen Forschende ändern: KI soll künftig den Weg weisen.

Im Projekt HoloMed entwickeln die Projektpartner die Software für eine Augmented Reality-Brille, die Chirurgen den Weg zum Ventrikel weisen soll. © KIT

Im Inneren unseres Gehirns gibt es kleine Hohlräume, die für uns überlebenswichtig sind: die Ventrikel. Sie bilden ein System aus mehreren Kammern, in denen Gehirnflüssigkeit zirkuliert. Der sogenannte Liquor sorgt für den Druckausgleich im Gehirn. Zudem versorgt er unser „Denkorgan“ mit Nährstoffen und transportiert Stoffwechsel-Abbauprodukte ab. In neurologischen Notfällen – etwa bei einer Gehirnblutung, einem Schädel-Hirn-Trauma oder einem Schlaganfall – kann es vorkommen, dass der Druckausgleich nicht mehr gelingt. Dann sind Neurochirurgen gefragt: Sie müssen ein Loch in die Schädeldecke bohren, mit einem Katheter in einen Ventrikel vorstoßen und Hirnwasser ablassen.

Neurochirurgen müssen Merkmale des Schädels ertasten

Zwar ist die sogenannte Ventrikelpunktion ein Routineeingriff, der in Deutschland etwa 20.000 Mal pro Jahr angewendet wird. Jedoch wird eine optimale Lage des Katheters nur in zwei von drei Fällen erreicht – und das manchmal erst nach mehreren Versuchen. „Das Problem ist, dass wir uns nur an äußeren Merkmalen des Schädels – den Landmarken – orientieren können, die wir ertasten müssen“, erklärt der Ulmer Neurochirurg Michal Hlaváč. Das kann etwa ein bestimmter Punkt am Schädel sein, von dem aus der Katheter in einem speziellen Winkel eingeführt wird. Genau hierbei sollen Künstliche Intelligenz und modernste Technik in Zukunft Ärztinnen und Ärzten helfen: Im Projekt HoloMed, das vom BMBF gefördert wird, entwickeln die Projektpartner die Software für eine Augmented Reality-Brille, die Chirurgen den Weg zum Ventrikel weisen soll.

KI zeigt dem Operateur virtuell die Arbeitsschritte

„Wir wollen mit möglichst wenigen Arbeitsschritten die Arbeit von Neurochirurgen verbessern und die Ventrikelpunktion sicherer machen“, sagt Michal Hlaváč. Deshalb nutzen die HoloMed-Forschenden ohnehin vorhandene Patienten-Infos wie CT- oder MRT-Scans und lassen diese mit Methoden des maschinellen Lernens strukturieren und analysieren. Die KI zeigt dem Operateur dann virtuell die Arbeitsschritte an: Wo ist der Hautschnitt anzusetzen, wo die Bohrung und in welchem Winkel ist der Katheter einzuführen?  

Technik ist auf viele weitere Operationen übertragbar

„Die HoloMed-Brille ist eine flexible, mobile und kostengünstige Lösung, mit der wir die Qualität solcher Eingriffe deutlich erhöhen können“, sagt Hlaváč. Und mehr noch: „Die Technik ist auf viele weitere Operationen übertragbar“, ist sich der Experte sicher. Zudem wäre ein Einsatz in der Ausbildung von Ärztinnen und Ärzten denkbar. So könnten etwa Assistenzärzte künftig erst virtuell das Leben retten lernen, bevor sie sich in echte Operationen wagen.

HoloMed

„HoloMed“ ist ein Beispiel für die Förderung des innovativen Mittelstandes. Mit der Initiative „KMU-innovativ“ hat das BMBF eine „Überholspur“ für klein- und mittelständische Unternehmen (KMU) eingerichtet. Sie können ihre Projektideen im Bereich der Informations- und Kommunikationstechnologien jederzeit einreichen und werden durch vereinfachte Förder- und beschleunigte Bewilligungsverfahren bevorzugt gefördert. Ziel ist es, Risiken für die KMU abzufedern und KMU mit Spitzenleistungen im Hightech-Bereich zu unterstützen. Das Projekt wird von der „mbits imaging GmbH“ in Heidelberg geleitet. Weitere Projektpartner sind das Karlsruher Institut für Technologie (KIT), die Universität Ulm sowie die „User Interface Design GmbH“ in Ludwigsburg.