Oefening baart kunst

De chirurg bestudeert het gezicht van een tienerjongen wiens bovenkaak en wang jaren geleden door kanker waren vernietigd. Hij tilt zijn gehandschoende rechterhand op en wijst naar een gebied net onder een van de ogen van de patiënt. Als bij toverslag verschijnt er een incisie in de wang van de jongen, waardoor het gebied van weefsel en bot wordt onthuld dat opnieuw moet worden opgebouwd. Opnieuw wijzend begint de chirurg een gecompliceerde procedure voor het transplanteren van bot en weefsel van de heup van de jongen naar zijn gezicht.

Vroeger moesten plastisch chirurgen in de operatiekamer zijn om ingrepen als deze uit te proberen. Sommigen gebruiken nu een experimentele computervisualisatietool genaamd de Immersive Workbench, ontwikkeld door onderzoekers van Stanford University en NASA Ames Research Center, om moeilijke operaties te plannen en te oefenen. Het softwareprogramma combineert gegevens van CT-scans, magnetische resonantiebeelden en echografie om afbeeldingen met een hoge resolutie van individuele patiënten te creëren en deze in een virtuele omgeving weer te geven.

Dit verhaal maakte deel uit van ons nummer van maart 1998

• Zie de rest van het probleem
• Abonneren

In tegenstelling tot andere softwaretools die zijn ontwikkeld om de resultaten van plastische chirurgie te visualiseren, die gebaseerd zijn op standaard fysieke modellen van mannen en vrouwen, genereert de Immersive Workbench afbeeldingen die de specifieke misvormingen of verwondingen van bepaalde patiënten weergeven. Het nieuwste prototype van de software gaat verder en laat artsen die een bril met rupsbanden dragen en speciale handschoenen dragen, specifieke chirurgische benaderingen snel achter elkaar testen om te zien welke de beste resultaten oplevert.

Het hele idee is om op dezelfde manier te kunnen communiceren met de virtuele omgeving als met een patiënt in het echte leven - op een manier die bijna geen training voor de gebruiker vereist, zegt projectdirecteur Dr. Michael Stephanides van de Stanford University's Division van Plastische Chirurgie.

Het project begon in 1991, toen Stanford-onderzoekers begonnen met het ontwikkelen van tweedimensionale grafische weergaven van patiënten op basis van beeldgegevens. Drie jaar geleden vroeg Stephanides NASA Ames om geavanceerde software te maken voor het maken van driedimensionale patiëntportretten op basis van gegevens die zijn verzameld in CT-scans. In die tijd besteedden NASA Ames-ingenieurs het grootste deel van hun tijd aan het maken van visualisaties van biologische systemen voor ruimtegerelateerde toepassingen, maar de samenwerking van het laboratorium met Stanford heeft geleid tot de oprichting van NASA Ames's Biocomputation Center, een nieuw nationaal centrum voor onderzoek in virtuele omgevingen voor chirurgische planning.

Plastische chirurgie vormt een bijzonder zware uitdaging voor software-ingenieurs en medische onderzoekers die virtual reality-tools (VR) ontwikkelen, aangezien geautomatiseerde weergaven van patiënten er bijna precies hetzelfde uit moeten zien als in de echte wereld. Het is geen geringe taak om menselijke lichaamsdelen met de noodzakelijke hoge resolutie weer te geven, zegt Kevin Montgomery, de leider van de NASA Ames-groep die aan dit project deelneemt. Volgens Montgomery bevat een 3D-weergave van een menselijk gezicht en hoofd 8 miljoen minuscule beeldschijfjes die moeten worden bijgewerkt met een snelheid van 10 frames per seconde verwerkingsvereisten die de theoretische limiet van de huidige computers benaderen; als gevolg daarvan moesten de NASA Ames-onderzoekers ingenieuze manieren vinden om veel van de onbewerkte gegevens van patiëntbeelden te verwijderen. Desalniettemin is de groep van Montgomery in staat geweest om zeer opgeloste beelden te genereren met subtiele details als kleine weefselruggen, de indruk van een ader onder de huid op een menselijke hoofdhuid en de fijne details van het binnenoor van een patiënt.

Artsen hebben de Immersive Workbench al gebruikt om zo'n 15 operaties te plannen, waarbij botdefecten in het skelet van het gezicht en de schedel worden gereconstrueerd. Maar Montgomery en Stephanides waarschuwen dat de tool zich nog in de experimentele fase bevindt. Ze verwachten klinische implementatie in drie tot vijf jaar, wanneer de volgende generatie processors en grafische kaarten $ 10.000 desktopcomputers zo snel en krachtig maakt als de $ 100.000 grafische werkstations die nu nodig zijn om de software te laten draaien. Tussen nu en dan hopen de onderzoekers het programma te verbeteren door een meer intuïtieve grafische gebruikersinterface te creëren, virtuele chirurgische instrumenten nauwkeuriger weer te geven en de capaciteit te ontwikkelen om patiëntbeelden in bijna realtime bij te werken terwijl artsen hun procedures oefenen.

Wanneer hardwarekosten niet langer een beperkende factor zijn, gelooft Stephanides dat VR-technologie de huidige chirurgische planningsmethoden zal vervangen en een belangrijk hulpmiddel zal worden voor het opleiden van artsen in medische scholen.

zich verstoppen