Technik: Die schwebenden Organe

Mithilfe von Spezialbrillen erhalten Medizinstudenten ausgesprochen detaillierte Einblicke in die menschliche Anatomie. Wird die virtuelle Realität das Sezieren von Leichen ersetzen?

Erst schwebt nur der Magen mitten im Raum. Die Studentin Vanessa läuft um das Organ herum, betrachtet es von der Seite, von hinten, zieht es näher zu sich heran. Mit einer Art Fingerschnipsen fügt sie Leber und Milz, Nieren und Darm hinzu. Als trainiere die Studentin für einen Zaubertrick, hebt sie den rechten Arm, immer wieder. Doch statt eines Zauberhuts trägt sie eine dunkle Brille, die ihr einen neuen Blick auf die menschliche Anatomie gewährt, für ein Experiment der Anatomischen Anstalt der LMU München. An diesem Tag sollen die Medizinstudenten testen, ob sie die Anatomie des Körpers mithilfe virtueller Methoden leichter lernen. In manchen anatomischen Instituten Deutschlands gehört das bereits zum Alltag: Universitäten bieten zunehmend virtuelle Techniken an, zusätzlich zum traditionellen Sezierkurs an der Leiche. "Besonders für das dreidimensionale Verständnis des Körpers können die Methoden hilfreich sein", sagt die Anatomin Daniela Kugelmann von der LMU München, die den Kurs an diesem Tag leitet.

Alles steht bereit für das Experiment, eine Gruppe wird an Computerbildschirmen arbeiten, die andere mit den Spezialbrillen. Die Geräte sehen ein wenig aus wie überdimensionierte Skibrillen, mit verdunkeltem Glas und zwei grauen Metallbügeln, die sich um die Köpfe der Studenten winden. Die angehenden Ärzte stehen im Halbkreis, es ist still im Raum, als sie warten, bis die ersten virtuellen Bilder vor ihren Augen erscheinen.

Der Informatiker Felix Bork von der Technischen Universität München gibt zunächst Anweisungen, wie die Brillen zu bedienen sind. Alle Studenten strecken den rechten Arm nach vorne und fügen die Spitzen von Zeigefinger und Daumen zusammen. Was wie ein Fingerschnipsen anmutet, ersetzt im System das Klicken einer Computermaus. "Übt es ein paar Mal, ihr werdet euch gleich daran gewöhnen", sagt Bork. Gemeinsam mit seinem Masterstudenten Alexander Lehner hat er die Lernmethode entwickelt, sie VesARlius genannt, nach dem Anatomen Andreas Vesalius. Im 16. Jahrhundert drängte der darauf, im Studium Leichen zu sezieren, um anatomische Strukturen zu begreifen. Jahrhunderte später tauchen die Studenten dafür mit ihren Spezialbrillen in die Augmented Reality ein, eine erweiterte Realität. Was in diesem Fall bedeutet, dass die virtuellen Organe dreidimensional vor ihnen im Raum schweben. Im Gegensatz zur virtuellen Realität werden aber keine komplett neuen Welten erschaffen.

Von Kollegen aus der Radiologie hat die Anatomin Kugelmann Computertomogramm-Aufnahmen eines gesunden Menschen erhalten, Schnittbilder des Körpers. Diese Bilddaten nutzten Bork und Lehner, um mithilfe von Algorithmen daraus ein virtuelles 3-D-Modell des Brustkorbs und Bauchraums samt Organen und Blutgefäßen zu erstellen. An diesem Modell können Studenten wie Vanessa mit einem Fingerschnippen nun wahlweise Organe entfernen, im Raum drehen und sich zugleich die Querschnittsbilder aus dem CT ansehen. Mithilfe der virtuellen Methoden lernen die angehenden Ärzte den menschlichen Körper in all seinen Varianten kennen, eben weil die Bilddaten CT-Aufnahmen eines echten Menschen entstammen. "Ein Anatomieatlas dagegen stellt den Körper nie realistisch dar", sagt Michael Scholz, Kurator der Anatomischen Sammlung am Institut für Funktionelle und Klinische Anatomie der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg in Erlangen.

Es erscheinen Knochen auf dem Bildschirm, dann die Muskeln im Zusammenspiel der Bewegung

Den aktuellen Kenntnisstand der Studenten hat die Anatomin Daniela Kugelmann am Vorabend in einer Klausur abgefragt. "Die Ergebnisse fielen düster aus", sagt die Medizinerin. Die Studierenden sind im dritten Semester, ein Jahr ist ihr Sezierkurs an den Leichen der Anatomie bereits her. Im Medizinstudium, in dem für jede Klausur Textbücher dick wie Backsteine gelernt werden müssen, ist das eine halbe Ewigkeit. Basierend auf den Klausurergebnissen haben Bork und Kugelmann die Studenten auf zwei Gruppen verteilt. Nun hat die eine 60 Minuten Zeit, sich die Anatomie des Bauchraums mithilfe der AR-Brillen anzusehen, die andere Gruppe sieht die gleichen Bilder nur am Computerbildschirm. Im Anschluss sollen sie erneut Fragen zur Anatomie beantworten, damit die Forscher sehen können, wie gut die Studenten mit den jeweiligen Methoden gelernt haben und welche Vorteile das Lernen mittels AR-Brillen bieten kann.

Erst vor einem Jahr haben Bork und Lehner mit der Arbeit an der neuen AR-Methode begonnen, im Oktober haben sie den Einsatz bereits an einer anderen Gruppe Medizinstudenten getestet. Ein Teil der Kursteilnehmer lernte ganz traditionell mit einem Atlas und einem Kunststoffmodell. Die übrigen nutzten AR-Brillen. Allerdings waren die Geräte diesmal so verschaltet, dass alle gemeinsam an einem 3-D-Modell lernen konnten. "Jeder hatte ein kleines Thema vorbereitet und in der Runde am virtuellen 3-D-Modell erklärt", sagt der Student Alexander, der schon beim ersten Testdurchlauf dabei war.

Im gemeinsamen Lernen sieht Bork den großen Vorteil seiner neuen Methode. "Künftig könnten sich Studenten sogar von zu Hause aus virtuell ins System einloggen und im Team an den 3-D-Modellen arbeiten", sagt der Informatiker. Noch stehen die Ergebnisse seiner Experimente aus. Doch konnte er in einem weiteren Versuch bereits feststellen, dass die Medizinstudenten die AR-Brillen nützlich fanden.

Genauer untersucht hat Bork dagegen den Magic Mirror, einen virtuellen Spiegel, den er ebenfalls entwickelt hat. Auch den präsentiert er gemeinsam mit der Anatomin Kugelmann den Studenten. In einem Seminarraum haben sie die Tische zur Seite geschoben, die Kollegin stellt sich auf der freien Fläche vor einen Computerbildschirm. Sofort erscheint dort ihr Spiegelbild. Rasch hebt sie den rechten Fuß, dreht sich um, läuft zur Seite. Auf ihre Körpergröße zugeschnitten, erscheinen nun virtuelle Knochen auf dem Bildschirm, später auch Muskeln, im Zusammenspiel der Bewegung. Die anatomischen Strukturen entstammen nicht der Medizinerin selbst, sondern wieder den besagten CT-Aufnahmen aus der Radiologie. Doch werden sie im virtuellen Spiegel automatisch auf die Körperproportionen der Anatomin übertragen.

Viel lieber möchte Kugelmann aber die zweite Eigenschaft des Magic Mirror zeigen. Sie hält ihre rechte Hand neben ihren Oberkörper, auf dem Computerbildschirm erscheint sofort eine CT-Aufnahme, die den Körper genau an dieser Stelle im Querschnitt darstellt. Fährt sie mit ihrer Hand weiter nach oben oder unten am Körper entlang, erscheinen auch die jeweiligen Querschnitte dieser Abschnitte. "Ab nächstem Wintersemester möchte ich einen virtuellen Spiegel in den Seziersaal stellen", sagt Kugelmann. Zuvor möchte sie die Leichen im Computertomografen scannen lassen und die Bilddaten in den Magic Mirror einspeisen. "Dann können sich die Studenten während der Sektion im virtuellen Spiegel orientieren", sagt Kugelmann.

Seit 2016 stellen Kugelmann und Kollegen jedem Medizinstudenten den virtuellen Spiegel kurz vor, ebenso wie einen virtuellen Seziertisch, den Anatomage. In einer Studie konnten Bork und Kugelmann bereits beobachten, dass die angehenden Ärzte mit virtuellem Spiegel oder Seziertisch ebenso gut lernen wie mit dem klassischen Anatomieatlas. In den USA geht die Begeisterung für die virtuellen Methoden inzwischen so weit, dass manche Universitäten die traditionellen Sezierkurse an Leichen abgeschafft haben, auch aus Kostengründen. Das wiederum kann sich Kugelmann nicht vorstellen: "All diese Methoden können den Sezierkurs nur ergänzen, aber niemals ersetzen."