Im Kopf‑Hals‑Bereich liegen Nerven, Gefäße und Drüsen sehr dicht beieinander. Für Operationen ist es wichtig, diese Strukturen möglichst zuverlässig zu lokalisieren. Ein internationales Team der Uniklinik RWTH Aachen hat mit Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der Universitäten in Essen, Graz und Waterloo zwei Darstellungsarten einer Augmented‑Reality‑Brille verglichen Ergebnis: Überblendungen waren bei punktförmigen Strukturen etwas genauer und schneller – die „virtuelle Kopie“ neben dem realen Patientenmodell war bei größeren, räumlichen Strukturen im Vorteil.
Hintergrund und Problemstellung:
Ärztinnen und Ärzte planen Eingriffe häufig mit CT- oder MRT‑Bildern. Im OP müssen sie diese Bilder gedanklich auf den Körper übertragen. Das ist anspruchsvoll, besonders bei den filigranen Strukturen im Kopf‑Hals‑Bereich. Augmented Reality (AR) kann 3D‑Modelle aus Bilddaten im Sichtfeld der Operateurinnen und Operateure anzeigen. Viele AR-Brillen (Head‑Mounted Displays) arbeiten dabei ohne externe Kamerasysteme. Ihre Genauigkeit reicht aber nicht immer für eine präzise Überlagerung auf der Haut.
Was wurde erforscht?
In einer randomisierten Crossover‑Studie markierten 38 Teilnehmende – Studierende sowie erfahrene Operateurinnen und Operateure – anatomische Zielstrukturen auf Kopf‑Modellen (Phantomen). Sie trugen eine HoloLens 2 und nutzten zwei AR‑Modi: „Superimposition“ (SI), bei dem das 3D‑Modell direkt über dem Phantom liegt, und „Virtual Twin“ (VT), bei dem das Modell räumlich daneben angezeigt wird. Markiert wurden Nerven‑Austrittspunkte (Punkte), der Verlauf des Unterkiefernervs (Linie) und Speicheldrüsen (Volumen). Anschließend wurden die Markierungen per 3D‑Scan ausgewertet.
Die wichtigsten Ergebnisse:
Bei den punktförmigen Nerven‑Austrittspunkten war SI im Mittel genauer: Die Abweichung lag bei 14,4 mm statt 15,8 mm unter VT. Auch die relative Lagebeziehung zwischen Punkten wurde mit SI präziser getroffen (3,4 mm gegenüber 6,0 mm). Beim Nervenverlauf gab es keinen relevanten Unterschied zwischen beiden Modi. Bei den Speicheldrüsen schnitt VT besser ab: Die durchschnittliche Oberflächenabweichung war unter VT geringer als unter SI. Insgesamt arbeiteten die Teilnehmenden mit SI schneller (im Mittel 61 statt 77 Sekunden). Die empfundene Arbeitsbelastung unterschied sich nicht.
Was bedeutet das?
Die Ergebnisse zeigen: Es gibt nicht „die eine“ beste AR‑Darstellung. Für feine Punkt‑Lokalisierungen kann eine direkte Überlagerung Vorteile haben. Für größere, räumliche Strukturen kann eine daneben platzierte virtuelle „Kopie“ robuster sein – besonders wenn Überlagerungen durch Sichtbehinderungen, Blickwinkel oder Gewebe zwischen Zielstruktur und Haut erschwert werden. Für die klinische Anwendung heißt das: AR‑Systeme sollten je nach Aufgabe flexibel zwischen Darstellungen wechseln können. Zugleich macht die Studie deutlich, dass Gewebedicke und Blickrichtung die Genauigkeit begrenzen. Künftige Entwicklungen sollten deshalb die Blickführung unterstützen und die Verbindung zwischen innerer Struktur und Hautoberfläche klarer anzeigen.
„Wir sehen, dass die Darstellungsform je nach Zielstruktur einen messbaren Unterschied macht – besonders bei punktförmigen Landmarken“, sagt Kunpeng Xie. „Der nächste Schritt ist, AR so zu gestalten, dass das System situationsabhängig die passende Ansicht bietet und Anwenderinnen und Anwender aktiv beim optimalen Blickwinkel unterstützt“, ergänzt Studienleiter Behrus Hinrichs‑Puladi.
Die Studie wurde hier veröffentlicht: Yao Li, Gijs Luijten, Christina Gsaxner, Kim Grunert, Alexis Bader, Frank Hölzle, Rainer Röhrig, Matías de la Fuente, Jan Egger, Kunpeng Xie, Behrus Hinrichs‑Puladi: Usability Study of Augmented Reality Visualization Modalities on Localization Accuracy in the Head and Neck: Randomized Crossover Trial. JMIR Serious Games, 2026. DOI: https://doi.org/10.2196/75962
