AR-bril geeft chirurgen sneller en beter inzicht in anatomie

Een AR (augmented reality) -bril kan chirurgen snel een driedimensionaal beeld geven van de anatomie van een patiënt. Promotieonderzoek van Annabel Groenenberg schetst hoe haar methode voor neurochirurgische navigatie ongeveer even nauwkeurig is als de bestaande aanpak, maar de benodigde informatie veel sneller beschikbaar maakt. Groenenberg werkt sinds 2019 aan AR voor chirurgie. Ook andere Nederlandse ziekenhuizen hebben inmiddels stappen gezet met deze technologie.

Groenenberg verdedigt op 6 november aan Tilburg University haar proefschrift ‘Augmented Reality for Clinical Understanding and Surgery’. Centraal staat een methode die patiëntspecifieke 3D-modellen automatisch op de juiste plaats over het lichaam projecteert. Daarvoor zijn geen externe markeringen op de patiënt nodig.

De modellen worden opgebouwd uit CT- en MRI-scans. Via een doorzichtige bril ziet de chirurg bijvoorbeeld waar een hersentumor of botbreuk zich bevindt. Ook geplande boor-, schroef- en zaagtrajecten kunnen worden weergegeven. Zo blijft de informatie zichtbaar in het werkveld en hoeft de operateur minder vaak naar een afzonderlijk navigatiescherm te kijken.

Van minuten naar seconden

In de eerste onderzoeken naar neurochirurgische navigatie was de benodigde informatie met Groenenbergs methode binnen 6 tot 10 seconden beschikbaar. Bij de bestaande methode duurde dat 15 tot 25 minuten. Die vergelijking betreft overigens het beschikbaar krijgen van de navigatie-informatie, niet de totale operatieduur.

Volgens Groenenberg kan de techniek helpen om anatomie en operatieplanning beter te begrijpen, vooral bij complexe ingrepen. Ook zou minder aanvullende beeldvorming met röntgenstraling nodig kunnen zijn. Dat zijn mogelijke voordelen, die nog verder moeten worden onderzocht. “Verder onderzoek moet uitwijzen in hoeverre deze voordelen in de klinische praktijk worden gerealiseerd”, zegt Groenenberg in een artikel op de website van de Universiteit Tilburg. “Het doel is om operaties inzichtelijker, veiliger en efficiënter te maken.”

Groenenberg onderzocht daarnaast de voorbereiding op operaties bij complexe enkelbreuken. In een kleinschalige eerste studie waren ervaren chirurgen het met AR vaker eens over het precieze type breuk. Dat resultaat toont nog niet aan dat de daaropvolgende behandeling betere uitkomsten oplevert. Voor toepassing als standaardzorg zijn grotere studies nodig, evenals technieken die rekening houden met vervorming van het lichaam.

Basis gelegd in het ETZ

De basis voor het onderzoek ontstond in 2019, toen Groenenberg als student technische geneeskunde aan de Universiteit Twente stage liep in het 3D-lab van het Elisabeth-TweeSteden Ziekenhuis (ETZ). Zij ontwikkelde software die medische scanbeelden koppelde aan de Microsoft HoloLens. Daarmee lukte het om een hologram over een hand van een patiënt te leggen.

Een belangrijk ontwikkelpunt was destijds de koppeling tussen het digitale model en het lichaamsdeel. De software moest de lichaamsvorm herkennen en de projectie correct blijven positioneren wanneer het lichaamsdeel verschoof.

Via We Care, een samenwerking tussen ETZ en Tilburg University, kreeg het onderzoek verdere financiering. Ook W. L. Gore & Associates ondersteunde het traject. Begin 2022 werkte Groenenberg aan haar promotieonderzoek, met onder meer vaatchirurg Jan Heyligers als begeleider en contacten binnen het MindLabs-netwerk. De vraag was toen hoe de nauwkeurigheid verder kon worden verbeterd en hoe bruikbaar hologramgestuurd opereren in de dagelijkse praktijk zou zijn.

Toepassingen in Nederlandse ziekenhuizen

Ook elders wordt AR bij operaties onderzocht en toegepast. In het Erasmus MC gebruikten hartlongchirurgen Amir Sadeghi en Sabrina Siregar in 2023 AR bij twee robotgeassisteerde longkankeroperaties. Virtuele beelden maakten de ligging van bloedvaten, luchtwegen en de tumor zichtbaar. De aanvullende informatie verscheen op het operatiebeeld dat de chirurg achter het bedieningspaneel van de robot bekeek.

In het St. Jans Gasthuis in Weert plaatste orthopeed Wilmar de Goede datzelfde jaar een schouderprothese met ondersteuning van een HoloLens. Via de bril kon hij de operatieplanning en verschillende plaatsingsopties raadplegen. Ook konden collega’s op afstand meekijken.

Ziekenhuis Gelderse Vallei kondigde eind 2023 deelname aan een pilot in drie Nederlandse ziekenhuizen aan. Orthopedisch chirurg Alexander Poublon zou daarbij onderzoeken of een AR-projectie van het schoudergewricht kon helpen bij de positionering van een prothese. De voorbeelden maken duidelijk dat AR zowel voor operatievoorbereiding als voor ondersteuning tijdens ingrepen wordt verkend.

Over AR-brillen

Een AR-bril (Augmented Reality) legt een digitale laag van informatie, beelden of 3D-objecten over de echte werkelijkheid heen, zodat de gebruiker de fysieke wereld blijft zien. De bril gebruikt doorzichtige glazen of kleine ingebouwde projectoren (zoals micro-LED of waveguides) die licht direct in het gezichtsveld schijnen. Omdat het glas doorzichtig is, ziet de gebruiker de echte wereld en de virtuele beelden tegelijk.

Aan de buitenkant van de bril zitten camera's en sensoren die de omgeving scannen. De software herkent vormen, oppervlakken en diepte (computervisie). Hierdoor weet de bril precies waar een tafel, muur of vloer is. De bril meet doorlopend de positie en beweging van het hoofd van de gebruiker. Als die naar links draait of door de knieën gaat, bewegen de digitale objecten mee of blijven ze op dezelfde vaste plek in de kamer hangen. Een AR-bril wordt meestal handsfree bediend via spraakopdrachten, handgebaren of oogbewegingen (eye-tracking), en soms via een gekoppelde smartphone of controller.

De HoloLens van Microsft is een bekende en veel gebruikte zakelijke AR-bril, maar wordt uitgefaseerd nu maker Microsoft de productie heeft stopgezet. Ondersteuning van de HoloLens stopt per eind 2027. De markt is inmiddels verschoven naar enerzijds compactere, lichtere smart glasses en anderzijds 'passthrough' Mixed Reality-headsets (zoals de Apple Vision Pro en Meta Quest 3).