Virtual Reality : Feinste Kapillaren – ganz groß

Mit einem innovativen Verfahren ist es Wissenschaftlern aus Bamberg und Marburg gelungen, die kleinsten Blutgefäße des Menschen in einem hochaufgelösten 3D-Modell darzustellen, das der Betrachter mit einer VR-Brille en détail erkunden kann. Neue Erkenntnisse zum Kapillarnetz in der Milz, die das Forscherteam auf diesem Weg gewann, wurden jetzt im Open Access-Journal PLOS ONE vorgestellt.

Ein Mann mit BArt trägt eine Art undurchsichtige Tauchervrille. In der rechten Hand hält er einen schwarzen Kasten. Links neben ihm an der Wand hängt ein Bildschirm, auf dem ein Muster wie aus grellbunten Farbflecken zu sehen ist.
Dr. Oleg Lobachev, Universität Bayreuth, betrachtet in einer Virtual-Reality-Brille eine dreidimensionale Darstellung von Milzgefäßen.

Wenn Michael Guthe am Institut für Informatik der Universität Bayreuth die Virtual-Reality (VR)-Brille aufsetzt und den Joystick in die Hand nimmt, macht er das, was auch das legendäre Raumschiff Enterprise aus der gleichnamigen Science-Fiction-Serie getan hat: Er dringt in Galaxien vor, die nie ein Mensch zuvor gesehen hat. Allerdings sind diese Galaxien nicht zigtausend Lichtjahre groß, sondern sehr, sehr klein.

In Zusammenarbeit mit Anatomen von der Phillipps-Universität Marburg hat Guthes Team vom Lehrstuhl für Grafische Datenverarbeitung ein Visualisierungsverfahren entwickelt, das hochauflösende dreidimensionale Darstellungen der winzigen Blutgefäße liefert, die sämtliche Organe des Menschen durchziehen – die sogenannten Kapillaren. Per VR-Headset kann Nutzer dieses hauchfeine Netzwerk von Gefäßen, deren Durchmesser oft nur wenige Tausendstel Millimeter beträgt, virtuell erkunden und wesentlich genauer untersuchen, als das bislang möglich war. Mit der neuen Methode konnten die Wissenschaftler jetzt erstmals belegen, wie die Milz in ihrem Inneren in das Blutgefäßsystem eingebunden ist. „Die Technologie ist vor allem für die medizinische Grundlagenforschung interessant, die das komplexe Gefäßgeflecht in Organen wie Milz oder Knochenmark bis heute nicht exakt durchschaut hat“, sagt Michael Guthe.

Software bügelt Verformungen und Risse aus

Basis sind gefärbte Serienschnitte, die mit einem speziellen Schneidegerät aus einer Gewebeprobe abgetrennt und anschließend einzeln mit einem Scanmikroskop fotografiert werden. Durch präzises Übereinanderlegen der aufeinander folgenden Bilder lässt sich der dreidimensionale Verlauf der Blutgefäße rekonstruieren. Das Problem: Die nur sieben Mikrometer dünnen Gewebescheibchen verzerren sich beim Schneiden oder reißen sogar ein. Deshalb haben die Bayreuther Informatiker eine Software programmiert, welche die 20 bis 30 einzelnen Scans in der richtigen Reihenfolge virtuell stapelt und dabei die Deformierungen ausgleicht. „Aus den verformten zweidimensionalen Schnitten erzeugt das Computerprogramm dann ein wirklichkeitsgetreues 3D-Modell des Gefäßsystems“, erläutert Guthe.

Auf dem Monitor kann sich der Betrachter diese komplexe, tausendfach vergrößerte Darstellung jedoch nur in Ausschnitten anschauen. Abhilfe schaffen die inzwischen günstig gewordenen VR-Brillen, die auch in anderen Bereichen der Medizin immer häufiger zum Einsatz kommen. Sie ermöglichen es dem Nutzer, in die 3D-Rekonstruktion hinein zu gehen und dort sogar den Verlauf der winzigen Kapillaren zu verfolgen. Bei Bedarf lassen sich zusätzlich die ursprünglichen Gewebeschnitte einblenden und mit der daraus erzeugten Rekonstruktion vergleichen. „So kann der Träger kontrollieren, ob das, was er in dem dreidimensionalen Gefäßmodell sieht, tatsächlich der Realität entspricht oder ob es sich nur um einen Artefakt handelt, der beispielsweise durch eine schlechte Färbung bedingt ist“, sagt Guthe.

Vermutung bestätigt

Mit dem Verfahren haben er und seine Kollegen das Gefäßnetzwerk der Milz unter die Lupe genommen. Das im linken Oberbauch liegende Organ spielt sowohl bei der Abwehr von Krankheitserregern als auch bei der Blutmauserung eine wichtige Rolle. Wie die jetzt im Fachblatt PLOS ONE veröffentlichten Ergebnisse zeigen, haben dort zahlreiche Kapillaren offene Enden – und zwar sowohl an den Milzknötchen als auch in der sie umgebenden roten Pulpa. Zwischen arteriellem und venösem System fließt das Blut also kurzfristig frei durch das Gewebe. Dort kommt es direkt mit den Fresszellen (Makrophagen) in Kontakt, die überalterte rote Blutkörperchen und Krankheitserreger beseitigen. „Dass die Milz ein offenes Gefäßnetzwerk besitzt, wurde bislang nur vermutet“, berichtet Michael Guthe. „Mit unserer Methode konnten wir das jetzt belegen.“

Mehr im Internet:

Originalstudie in PLOS ONE

© Medizintechnologie.de

Das könnte Sie auch interessieren

Ein Mann im balauen Kittel, mit medizinischen Mundschutz und Kopfhaube steht neben einem OP-Roboter am OP-Tisch.

Auf dem Weg zu einer nationalen Strategie

Die Bundesregierung hat damit begonnen, mit Anwendern einzelne Themenbereiche hinsichtlich einer nationalen KI-Strategie zu diskutieren. Noch bis zum 30. September 2018 können Unternehmen zum Eckpunktepapier Stellung beziehen und Ideen mit einbringen. Auf dem Weg zu einer nationalen Strategie Weiterlesen

Eine ältere Dame probiert sich an einem Tablet-PC aus. Neben Ihr sitzt ein älterer Herr und schaut ihr zu. geholfen wird ihr von einer Pflegerin.

Experten fordern radikales Umdenken

Experten des Kölner Instituts der deutschen Wirtschaft fordern ein radikales Umdenken in Sachen Pflege – und das vor dem Hintergrund einer aktuellen Studie. Experten fordern radikales Umdenken Weiterlesen