Virtual-Reality-Planung für die Thoraxwandresektion

Onkologische Thoraxwandresektionen und Rekonstruktionen sind aufgrund anatomischer und physiologischer Herausforderungen komplexe Eingriffe. Deshalb werden Extended Reality und Virtual Reality zunehmend in der Chirurgie erforscht, da sie immersive anatomische Einblicke bieten, die präoperative Planung unterstützen und die intraoperative Navigation verbessern können.

Die an der folgenden Einrichtung durchgeführte Studie University Hospital Bonn zielt darauf ab, das Potenzial von VR und KI im komplexen chirurgischen Bereich zu bewerten, indem interdisziplinäre, kollaborative VR-Planung mit automatisierter KI-basierter Segmentierung retrospektiv analysiert und mit den tatsächlichen chirurgischen Ergebnissen verglichen wird.

Herausforderungen bei Thoraxwandresektion und Rekonstruktion

Thoraxwandresektion und -rekonstruktion sind aufgrund des komplexen Zusammenspiels anatomischer und physiologischer Faktoren anspruchsvoll. Das Erreichen ausreichender onkologischer Resektionsränder bei gleichzeitiger Erhaltung struktureller Integrität und Funktion ist entscheidend für optimale Ergebnisse.

Große Tumoren, insbesondere Sarkome mit Beteiligung von Weichteilen und Knochen, erfordern einen multidisziplinären Ansatz sowohl für die Resektion als auch für die Rekonstruktion. Diese Eingriffe umfassen häufig nicht nur einen erfahrenen Thoraxchirurgen, sondern auch einen plastischen Chirurgen, wenn umfangreiche Hautdeckungen oder Muskellappen erforderlich sind.

Sarkome und metastatische Erkrankungen sind die häufigsten malignen Erkrankungen der Thoraxwand, und Behandlungsstrategien für Sarkome sollten in einem multidisziplinären Tumorboard eines zertifizierten Sarkomzentrums besprochen werden. Wenn benachbarte Strukturen reseziert werden müssen, sollte ein onko-orthopädischer Chirurg in die präoperative Planung einbezogen werden, um ein umfassendes Management sicherzustellen.

Traditionelle zweidimensionale Bildgebung ist für eine solche chirurgische Planung oft unzureichend, da sie komplexe dreidimensionale anatomische Beziehungen nicht vollständig erfasst.

VR-Planungsworkflow

Die Virtual-Reality-Planung wurde durchgeführt mit Medical Imaging XR, was kollaborative Mehrbenutzersitzungen für Echtzeitdiskussionen und die gemeinsame Visualisierung der 3D-rekonstruierten Anatomie ermöglichte. Die automatisierte Segmentierung anatomischer Strukturen wurde mithilfe des Open-Source-Modells TotalSegmentator durchgeführt, das die Abgrenzung wichtiger Strukturen wie Knochen, Gefäße und Organe ermöglichte.

Eine Tumorsegmentierung wurde nicht bereitgestellt und daher manuell vom chirurgischen Team innerhalb der VR-Umgebung durchgeführt. Segmentierungsmasken wurden in das VR-Volumenrendering-System integriert, um Visualisierung und Interaktion zu verbessern.

Jeder Fall wurde von einem interdisziplinären Team aus Thoraxchirurg, onko-orthopädischem Chirurgen und plastisch-rekonstruktivem Chirurgen überprüft. Mithilfe des Medical Imaging XR-Toolsets führte das Team die Identifikation von Tumoren und anatomischen Orientierungspunkten, die Planung der Resektionsränder, die Abschätzung der Defektgröße, die Planung der Rekonstruktionsstrategie sowie die Dokumentation des geplanten chirurgischen Vorgehens durch.

Die folgenden Parameter wurden quantitativ zwischen dem VR-geplanten Ansatz und den tatsächlichen chirurgischen Ergebnissen verglichen:

Bewertung der Genauigkeit der VR-Planung

In 3 von 8 Fällen (37,5 %) war die intraoperative Resektion umfangreicher als durch die VR-Planung vorhergesagt, hauptsächlich aufgrund einer unterschätzten Tumorinfiltration in benachbarte Gewebe. Dies verdeutlicht eine wesentliche Einschränkung der präoperativen Bildgebung, die trotz fortschrittlicher Visualisierungstechniken bestehen bleibt, da die intraoperative Beurteilung weiterhin überlegen ist.

Im Gegensatz dazu wurde eine moderate Überschätzung des Resektionsumfangs (bis zu 24 %) in 4 von 8 Fällen als akzeptabel angesehen. Ein Fall zeigte eine starke Überschätzung, wahrscheinlich aufgrund eines abweichenden onkologischen Szenarios und damit überschätzter chirurgischer Resektionsränder.

VR-Simulation unterstützt die chirurgische Planung durch ein verbessertes räumliches Verständnis, kann jedoch aufgrund von Bildgebungseinschränkungen die Tumorausbreitung unterschätzen, insbesondere bei der Erkennung subtiler oder mikroskopischer Erkrankungen.

Daher sollte es eher als ergänzendes Werkzeug denn als endgültiger Prädiktor betrachtet werden, und intraoperative Anpassungsfähigkeit bleibt essenziell.

Die Teilnehmer berichteten insgesamt von einer positiven Benutzererfahrung mit dem VR-Planungssystem und beschrieben die Umgebung als ansprechend, innovativ und angenehm in der Nutzung. Der User Experience Questionnaire (UEQ) zeigte, dass die Chirurgen die VR-Plattform als stimulierend und neuartig empfanden, wobei die allgemeine Benutzerfreundlichkeit positiv bewertet und der immersive Arbeitsbereich gut angenommen wurde.

Hinsichtlich der Verträglichkeit waren Symptome im Zusammenhang mit Cybersickness minimal. Die Nutzer verspürten nur leichte Beschwerden, und diese Effekte störten weder die Planungssitzungen noch führten sie dazu, dass jemand vorzeitig abbrechen musste. Insgesamt wurde das VR-System als komfortabel und akzeptabel wahrgenommen.