Die ERCP (Endoskopisch Retrograde Cholangio-Pankreatikographie) bedarf als komplexer endoskopisch/radiologischer Eingriff eines intensiven Trainings von Arzt und Assistenz. Bislang gibt es aber kaum effektive Trainingsmöglichkeiten; ein weiteres Problem ist die exzessive Röntgenstrahlenbelastung vor allem in der Trainingssituation. Um beide Probleme zu lösen wurde ein neuartiges realitätsnahes Hands-onPhantom in modularer Bauweise entwickelt, das die Nachteile bisheriger Phantome (Plastikpuppen, Biomodelle, Computersimulatoren) weitgehend vermeidet und erstmals ein uneingeschränktes Training aller diagnostischen, therapeutischen und interventionellen Eingriffe bei der ERCP ermöglicht. In dieses Phantom wurde ein Modul zur Röntgensimulation implementiert. Aus den Daten spezieller Sensoren werden die Bewegungen eines realen endoskopischen Instruments detektiert und in Echtzeit in ein berechnetes Röntgenbild eingeblendet. Zusätzlich dazu wurde eine optische Kamera integriert, mit der die Simulation auch komplexer Instrumente gelingt. Die Bewegungen des virtuellen Röntgengeräts können durch ein Bedienpanel gesteuert werden und bewirken Veränderungen des Röntgenbildes wie in der Realität. Auch das Begradigungsmanöver des realen Endoskops wird dargestellt. Dieses neu entwickelte Hands-on-Phantom mit integrierter Röntgensimulation ermöglicht erstmals ein effektives und realitätsnahes ERCP-Training ohne Strahlenbelastung.
Eingriffs liefert. In diesem Bild wird das jeweilige Instrument durch geeignete Verarbeitungsschritte extrahiert und in Echtzeit geometrisch korrekt in das simulierte Röntgenbild eingefügt, wodurch sich ein sehr realistisches Bild ergibt, wie Abbildung 2 zeigt. Aufgrund der Geometrie der Kameralinse kommt es zwangsläufig zu Verzerrungen am Rande des Sichtfeldes, die durch geeignete Bildentzerrungsverfahren kompensiert werden müssen. Dazu wurden in das Phantom mehrere Marker eingebaut, deren Positionen im Kamerabild ermittelt werden und anhand derer die Entzerrung durchgeführt wird. Die optische Sensorik ist nicht für alle Phantome geeignet, da solche, an denen z.B. eine Cholangioskopie trainiert werden soll, eine natürliche und vor allem intransparente Färbung aufweisen müssen.
Um die Simulation so realistisch wie möglich zu gestalten wurde das komplexe Bedienpanel eines realen Röntgengerätes auf einem berührungsempfindlichen Bildschirm (Touchscreen) nachgebildet. Dabei passt sich die Projektion des Röntgenbildes genau wie beim klinischen Einsatz der Position des virtuellen C-Bogens und den gewählten Abbildung 3: Bildparametern (zum Beispiel Zoom, gepulste Durchleuchtung, Einblendung etc.) an. Schematische AnEin weiteres Problem bei der ERCP betrifft die so genannte „Begradigung“: Wenn das sicht des EndoEndoskop durch den Magen in den Dünndarm bis zur Papille vorgeschoben wurde, skops. Nicht begraliegt es zunächst an der großen Kurvatur des Magens an und bildet dadurch eine weite dig (oben), begraSchlaufe (Abb. 3 oben). Damit ist keine präzise Steuerung der Endoskopspitze vor der digt (unten). Papille möglich. Das Endoskop muss dazu zunächst durch den Arzt begradigt werden d.h. es muss dazu gebracht werden, an der kleinen Kurvatur des Magens anzuliegen. Kapazitive Sensoren an Magen und Duodenum ermöglichen es, die Lage des Endoskops während dieses Manövers zu erfassen und in einer schematischen Darstellung in Echtzeit zu visualisieren (Abb. 3). 3
Das oben beschriebene Phantom wurde bislang in mehreren (inzwischen 15) Trainingskursen erfolgreich eingesetzt. Es ermöglicht ausnahmslos alle diagnostischen und therapeutischen Interventionen einschließlich Papillotomie, Ballondilatation, Steinextraktion und Implantation von Plastik- und Metallstents. Es wird kein spezielles Equipment benötigt, sondern die üblichen Instrumente der täglichen Praxis können in völlig realistischer Weise verwendet werden.
Als entscheidender weiterer Schritt erweist sich die Implementierung des Moduls zur Röntgensimulation. So wird es möglich, alle Eingriffe in gewohnter Weise radiologisch darzustellen und zu kontrollieren. Die Einführung von Instrumenten in die Gangsysteme und die Manipulationen dort werden kontinuierlich in Echtzeit dargestellt. Auch schwierige Interventionen lassen sich in jeder Phase radiologisch verfolgen, dabei wird jedoch jede Strahlenbelastung vermieden.
Mit dem zusätzlichen virtuellen Bedienpult können alle Bewegungen des C-Bogens wie in der Realität gesteuert werden, wobei das simulierte Röntgenbild in Echtzeit folgt. Das „Begradigungsmodul“ erlaubt eine visuelle Kontrolle dieses wichtigen und z.T. schwierigen Manövers ohne Strahlenbelastung. Für einen optimalen Trainingseffekt können mit dem neuen Phantom alle endoskopischen Manöver und Röntgenprozeduren beliebig oft wiederholt werden, so zum Beispiel auch die Papillotomie, also die Spaltung der Papille mittels Hochfrequenzchirurgie, weil die Papille als Einzelmodul innerhalb weniger Sekunden ausgetauscht werden kann. Dies bietet insbesondere für Anfänger bisher unerreichte Trainingsmöglichkeiten; auch Fehler und Komplikationen wie Blutungen oder Perforationen lassen sich realitätsnah simulieren und das notwendige Komplikationsmanagement wiederholt üben.
Durch den modularen Aufbau des Phantoms können beliebige Läsionen und pathologische Konfigurationen – auch patientenspezifische, die zum Beispiel aus 3D-Rekonstruktionen klinischer Bildgebung stammen – realisiert werden. Damit lassen sich auch verschiedene mögliche Interventionen bei individuellen Patientensituationen risikolos und in Ruhe erproben und vergleichen.
Die Erfahrungen mit dem neuartigen Phantom sind hoch positiv. Beim detaillierten Feedback zeigte sich eine sehr hohe Akzeptanz; vom Anfänger bis zum Experten wurden insbesondere die Realitätsnähe des Phantoms und das weite Spektrum und die hohe Effizienz des Trainings hervorgehoben. Die fehlende Strahlenbelastung und das realistische Durchleuchtungsbild der Röntgensimulation waren vor allem für jüngere und weibliche Trainingsteilnehmer ein entscheidendes Argument für dieses Trainingssystem. Die ERCP gehört zu den schwierigsten endoskopischen Prozeduren. Das Risiko für schwere Komplikationen ist relativ hoch, deshalb ist ein intensives Training von Arzt und Assistenz unumgänglich. Ein gravierendes Problem ist aber das Fehlen von Trainingsmöglichkeiten, wenn man vom bislang üblichen Lernen am Patienten – was eindeutig als unethisch zu betrachten ist – absieht. Das übliche Training an Tierphantomen sowie virtuellen Computertrainingssystemen ist in mehrfacher Hinsicht völlig unzureichend. Ein weiteres Problem ist die unvermeidbare Röntgenbelastung bei der ERCP, wobei neuere Studien zeigen, dass es schon in der klinischen Praxis kaum möglich ist, die Dosisgrenzwerte der Internationalen Strahlenschutzkommission einzuhalten; dies gilt im verschärften Maße für die überlangen Durchleuchtungszeiten in der Trainingssituation. Deshalb wurde zunächst ein neuartiges realitätsnahes Hands-On-Trainings-Modell („Tübinger Biliphant“) entwickelt, das sich durch patientenanaloge realistische Anatomie, modularen Aufbau aus tiermaterialfreien Substraten und optimierte realistische Trainingsmöglichkeiten auszeichnet. Für dieses Phantom – bislang mit konventioneller Röntgendurchleuchtung betrieben – wurde dann ein spezielles Sensorikmodul entwickelt, das eine realistische Röntgensimulation ermöglicht und jede Strahlenbelastung vermeidet. Dabei werden die Bewegungen eines realen endoskopischen Instruments durch spezielle Sensoren detektiert und geometrisch korrekt in ein simuliertes Röntgenbild eingeblendet. Diese Sensorik wurde so entwickelt, dass kein spezielles Equipment vonnöten ist, sondern vorhandene Instrumente praktisch ohne Modifikation benutzt werden können.
Durch den Einbau einer optischen Kamera sind auch komplexe Interventionen, die normalerweise nicht ohne Röntgenkontrolle durchführbar sind, möglich und werden realistisch dargestellt. Zur Kontrolle des Röntgenbildes wurde ein virtuelles Bedienpanel entwickelt, das im Zusammenhang mit einem berührungsempfindlichen Bildschirm eine sehr realistische Steuerung des simulierten Röntgenbildes erlaubt. Das zur präzisen Kontrolle des Endoskops wichtige komplizierte Begradigungsmanöver lässt sich ebenfalls virtuell verfolgen, sodass Trainingsteilnehmer auch dieses ohne Strahlenbelastung üben können.
Mit der Entwicklung und Implementierung dieses Röntgensimulationsmoduls in das neuartige Trainingsmodell ist es erstmals gelungen, ein in allen Punkten realistisches ERCP-Training zu ermöglichen und überdies einen wichtigen Beitrag zum Strahlenschutz (insbesondere von weiblichen Trainingsteilnehmern) zu leisten. Unser besonderer Dank gilt Frau F. H. Durst, Herrn U. Schweizer und Frau R. Ingenpaß aus der Experimentellen Chirurgischen Endoskopie Tübingen für ihre Unterstützung.