key: cord-0742873-7vx8xu6u
authors: Sparwasser, P.; Haack, M.; Frey, L.; Haferkamp, A.; Borgmann, H.
title: Virtual und Augmented Reality in der Urologie
date: 2021-12-22
journal: Urologe A
DOI: 10.1007/s00120-021-01734-y
sha: 73d334f645db8f2d8da45aab4ee4c91a47ebd420
doc_id: 742873
cord_uid: 7vx8xu6u

Although continuous technological developments have optimized and evolved medical care throughout time, these technologies were mostly still comprehensible for users. Driven by immense financial efforts, modern innovative products and technical solutions are transforming medicine today and will do so even more in the future: virtual and augmented reality. This review critically summarizes the current literature and future uses of virtual and augmented reality in the field of urology.

Prinzipiell muss zu Beginn unseres Übersichtsartikels festgehalten werden, dass sämtliche erforschten Anwendungen gerade im urologischen Fachbereich zwar meist einen subjektiven Nutzen oder Vorteil ausweisen, ohne dass jedoch zum gegenwärtigen Zeitpunkt belastbare und robuste Studien vorliegen, die dies belegen [1] . Der Trend jedoch, Virtual Reality (VR) und Augmented Reality (AR) in die klinische Routine integrieren zu wollen, ist zweifelsohne vorhanden und wohl nur eine Frage der Zeit. Während noch im Jahr 2000 auf der Metadatenbank PubMed nur 121 Artikel zu VR und 7 Artikel zu AR publiziert wurden, sind es nun jährlich mehr als > 2000 (VR) bzw. > 600 (AR) mit stetig steigender Tendenz (. Abb. 1).

Unter VR versteht man dabei die künstliche von Computern simulierte und generierte Umgebung, mit welcher eine Interaktion möglich ist [2] . Die VR ermöglicht es dadurch an einem Ort zu sein und gleichzeitig eine andere Umgebung, eine eben rein virtuelle Welt, wahrzunehmen.

Die AR hingegen generiert keine rein virtuelle Umgebung. Entsprechend des Begriffs "augmented" (engl. "to augment something" = etwas erweitern) werden hier vielmehr künstliche Informationen, meist entsprechend visuellen oder auditiven Sensationen in die reale Welt integriert [2] . Die reale Welt bleibt somit weiterhin optimiert durch virtuelle Informationen fassbar. » VR und AR werden zunehmend in die klinische Routine integriert Ein klassisches Beispiel hierfür ist die Projektion in das Sichtfeld von Bildern oder von virtuellen Modellen mittels einer Smartglass (. Abb. 2). Eine Smartglass ist dabei eine Datenbrille mit integrierten Prozessoren, die Informationen zum Sichtfeld des Benutzers hinzufügen kann. Im Falle der AR behält der Anwender dabei freie Sicht auf die reale Welt und kann parallel auf digitale Informationen zurückgreifen. Je nach Smartglass-Modell kann diese allerdings auch eine rein virtuelle Umgebung, also eine VR kreieren. Borgmann et al. [3] definierten die potenziellen Anwendungsgebiete von Smartglasses im urologischen Operationssaal folgendermaßen: Porpiglia et al. [12] griffen diese Thematik ebenso in einer Reihe von Originalarbeiten auf. Für komplexe Nierentumoren mit einem PADUA-Score ("preoperative aspects and dimensions used for an anatomical classification") ≥ 10 wurden vor transperitonealer roboterassistierten Nierenteilresektion im Rahmen einer retrospektiven Studie mit insgesamt bei 48 Pa- [20] .

Glenn et al. [21] demonstrierten zudem bereits 2017 in einer Umfrage unter Mitgliedern des American College of Surgeons, dass ca. 80 % der Chirurgen im ländlichen Raum unabhängig vom Ausbildungsgrad Interesse an Telementoring-/ Monitoring-Programmen bekunden. Dies insbesondere mit der Intention neue Operationstechniken zu erlernen und im Falle unerwarteter intraoperativer Befunde einen externen Experten konsultieren zu können. Diese Versorgungslücken könnten mit Hilfe von VR-oder AR-Anwendungen zukünftig unter sehr authentischen Bedingungen geschlossen werden.

Die Firma Proximie ist einer der Vorreiter in der Welt des Telementorings mit > 5000 chirurgischen Eingriffen. Proximie ist dabei eine innovative digitale Plattform, die AR-Echtzeitvideostreams verwendet, um bis zu 40 Teilnehmer gleichzeitig an einer Operation virtuell teilnehmen zu lassen [22] . Die Plattform besteht aus einem mobilen Modul mit mehreren Computer-, Kameraund Audiosystemen, die in jeden Operationssaal integriert werden kann, wobei das Modul zusätzlich simultan an die intraoperativ verwendeten Endoskope oder Der Urologe 5 Videokameras konnektiert wird. Der entfernt sitzende Chirurg ("Remote Surgeon") leitet den auszubildenden Kollegen an, indem er direkt verbal Feedback gibt und zusätzlich manuell über das Display visualisierbar für den Kollegen via AR eingreift, beispielsweise um bestimmte Landmarken zur Orientierungshilfe zu setzten. Der Remote Surgeon hat dabei volle Navigationskontrolle über das Proximie-Modul und kann den kompletten Operationssaal aus der Vogelperspektive überblicken [22] .

El-Asmar et al. [22] demonstrierten unter Verwendung der Proximie-Plattform die primäre Anlernung einer Aquablation der Prostata. Eine Aquablation wurde hier bei insgesamt 38 Patienten klassisch am Patienten und bei 21 Patienten mittels dreier Remote Surgeons via Telementoring angeleitet. Die primären Endpunkte Operationszeit, postoperative Katheterentfernung, Hämoglobinabfall, Ischurie und unerwünschte Nebenwirkungen waren dabei in den beiden Vergleichsgruppen statistisch nicht signifikant unterschiedlich. Die Autoren schlussfolgerten, dass gerade nach der klassischen Supervision am Patienten die Einführungsphase neuer chirurgischer Verfahren durch das Telementoring sicher und kosteneffektiv unterstützt werden kann.

Die VR-und AR-Applikationen werden zukünftig den Umgang mit Lerninhalten revolutionieren. Anatomische Strukturen und pathophysiologische Prozesse können bereits mittels VR und AR lehrreich illustriert werden und ermöglichen zudem oftmals den interaktiven teils spielerischen Austausch mit den jeweiligen Lektionen. Moro et al. [23] beobachteten dabei bei Studenten, denen zusätzlich zum klassischen Anatomieunterricht derlei VR-und AR-Applikationen zur Verfügung standen, neben einer engagierteren Lernbereitschaft eine erhöhte Lerneffizienz. Zudem haben mehrere Forschungsgruppen aufzeigen können, dass der Einsatz von VRund AR-Trainingseinheiten im Rahmen der operativen Ausbildung von Novizen zu einer Reduktion der Operationszeit und Komplikationsrate, sowie zu einer verbesserten chirurgischen Präzision führen [1, 6] . Zwar werden VR-und AR-Anwendungen den herkömmlichen anatomischen und operativen Ausbildungsprozess niemals ersetzen, jedoch kann dieser rascher und sicherer erfolgen. » Die VR-und AR-Applikationen werden zukünftig den Umgang mit Lerninhalten revolutionieren Einer der wesentlichen Bestandteile der vorklinischen Ausbildung stellt der klassische Anatomieunterricht dar. Obwohl das Fach selbst sehr lernintensiv ist, so ist die Zeit im Anatomiesaal meist zu kurz. Viele innovative AR-und VR-Lernplattformen stehen als E-Resource bereits meist kommerziell zur Verfügung und sollten nach den positiven Resultaten der Metaanalyse von Bölek et al. [24] den klassischen Anatomieunterricht im Zuge der fortschreitenden Technisierung ergänzen, wovon auch die urologische studentische Ausbildung mit seiner teils komplexen Anatomie im kleinen Becken profitieren würde. Nach McClurg et al. [25] ist hier u. a. die E-Resource-Plattform Visible Body ® im Fokus. Visible Body ® ist dabei eine AR-Applikation, die es dem Anwender erlaubt über ein Tablet oder Smartphone 3D-Simulationen der kompletten menschlichen Anatomie inklusive der Mikroanatomie direkt in das Lernumfeld zu projizieren [26] . Die virtuellen Organmodelle können dann manuell skaliert und bearbeitet werden mit teils zusätzlich vermerkten Querverweisen und ermöglichen so ein optimales räumliches anatomisches Verständnis.

Die praktische Ausbildung von Studenten kosteneffektiv zu gestalten kann zudem über ein MR-Tool mit Smartglass gelingen. Schoeb et al. [4] haben dafür eine MR-Applikation konfiguriert die "stepby-step" mittels auditiven und visuellen Anweisungen Studenten (n = 57) über die Smartglass Hololens den Blasenkatheterismus lehrt und praktisch anleitet. In ihrer randomisierten Studie stellten sie der MR-Gruppe 107 Studenten gegenüber, die klassisch durch einen Ausbilder im Rahmen eines Seminars angeleitet wurden. BeideGruppenwurdenstandardisiertnach OSCE-Prüfung ("objective structured clinical examination") bewertet. Dabei schlossen die Studenten der MR-Gruppe statistisch signifikant besser ab, weshalb auch diese vermeintlich simplen Anwendungen ein großes Potenzial für derlei Applikationen zu sein scheinen mit dem Ziel, kosteneffektiv, interessant und effektiv Lehrinhalte zu vermitteln.

Im Rahmen der präoperativen Vorbereitung auf eine partielle Nierenteilresektion ist die Kenntnis über Tumorlokalisation, Infiltrationstiefe, Gefäßversorgung und Lagebeziehung zum Hohlsystem essenziell. Unlängst ist hier bekannt, dass eine 3D-Rekonstruktion beispielsweise durch ein Hologramm wichtige Information für die präoperative Planung liefern kann und der alleinigen Betrachtung eines planaren CT oder MRT überlegen ist [27] . Nach Yamada et al. [28] Auch dieses Thema griffen Porpiglia et al. auf. Zwischen 2016-2017 entwickelten sie für roboterassistierte Nierenteilresektionen bei Nierentumoren mit einem PADUA-Score ≥ 10 ein präoperatives ARbasiertes Simulationsmodell, welches eine selektive Ischämie intraoperativ ermöglichen sollte und stellten dieses Verfahren einer konventionellen Vergleichsgruppe gegenüber. Dabei konnten sie für 21 Patienten, bei denen mittels "hyperaccuracy three-dimensional reconstruction" ein AR-Modell angefertigt worden war zeigen, dass die Notwendigkeit intraoperativ eine globale Ischämie durchzuführen wesentlich geringer war. In der Vergleichsgruppe von 31 Patienten ohne präoperatives AR-Modell waren es 80 % gegenüber nur 24 % mit AR-Rekonstruktion [30] .

Die transurethrale Resektion der Harnblase (TURB) stellt einen der ersten endoskopischen Eingriffe im urologischen Weiterbildungscurriculum dar. Neumann et al. [31] stellten dabei in ihrem VR-Trainingsprogramm (UroTrainer, Karl Storz GmbH, Walsdorf) bei Medizinstudenten fest, dass bereits wenig Übung die Effektivität und Sicherheit einer VR-TURB stark erhöhen kann. Ein Transfer von VR-TURB in eine reale TURB hat in dem genannten Versuchsaufbau allerdings nicht stattgefunden. Schulz et al. [32] jedoch konnten unter Anwendung des gleichen VR-Trainingssimulators UroTrainer bei 22 urologischen Assistenz-und Fachärzten zeigen, dass der VR-Trainer subjektiv und objektiv das für TURB optimiert und deswegen zur Vervollständigung der endurologischen Ausbildung angewendet werden sollte.

Die VR-und AR-Anwendungen werden zunehmend in den medizinischen Alltag integriert werden. Die vielversprechendsten Anwendungsgebiete in der Urologie betreffen dabei die intraoperative Bildeinblendung, Telemedizin/Telementoring und die anatomische und operative Ausbildung. Hierfür haben bereits heute viele innovative urologische Forschungsgruppen technische Lösungen konzeptioniert.

Im Rahmen der intraoperativen Bildeinblendung bestehen bereits insbesondere bei der Nierenteilresektion bzw. Prostatektomie interessante VR-und AR-Möglichkeiten, die Telemedizin/Telementoring wird zunehmend durch innovative Lösungen vereinfacht für jedermann zugänglicher und die ärztliche Ausbildung wird v. a. durch realitätsgetreue 3D-Szenarien eine neue Dimension erfahren.

Abschließend muss angemerkt werden, dass zum gegenwärtigen Zeitpunkt wenige Studien vorliegen, die einen definitiven Nutzen für eine bestimmte AR-oder VR-Anwendung im urologischen Fachgebiet ausweisen. Allerdings verdichten sich die zunehmend positiven wissenschaftlichen Ergebnisse, sodass die Integration von VR-und AR-Anwendungen in die klinische Routine nur eine Frage der Zeit ist. Die Urologie war jeher ein innovatives Fachgebiet und wird auch diesen Wandel weiter mitgestalten.

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