Virtuelle Realität in der Medizin: Wie VR den Heilungsprozess beschleunigen kann

Medizin Sound ist zwar kein etablierter Begriff, soll aber im Folgenden als Terminus für Audio im medizinischen bzw. Gesundheitsbereich herhalten. Denn ja, VR, Spatial Audio und Sound im Generellen sind nicht nur Unterhaltungsmedien, wie viele vielleicht gar nicht wissen.

Es soll daher in diesem Artikel ein Eindruck vermittelt werden wie (3D) Audio im Gesundheitssektor zum Einsatz kommt und kommen kann, einschließlich der innovativen Anwendungen von Augmented Reality in der Schmerztherapie und bei chirurgischen Eingriffen.

3D Audio ist das neue Stereo

Spatial Audio bietet eine Vielzahl neuer Möglichkeiten von denen auch der medizinische Bereich profitieren kann. Doch warum ist 3D Audio besser als Stereo? Ich bin ja einer größten Enthusiasten aber gleichzeitig auch Kritiker.

Man darf nicht gleich denken 3D Audio ist immer besser als Stereo. Jedoch gibt es mit dem Raumklang viele Vorteile, die gerade im medizinischen Bereich von Vorteil sein werden.

Um es kurz zusammenzufassen: 3D Audio ermöglicht es uns Schall aus jeder Richtung zu orten. Kommt das bekannt vor? Hoffentlich, denn genau so hören wir in der echten Realität. Spatial Audio ermöglicht uns also eine natürliche bzw. realistische virtuelle Hörerfahrung und hat daher eine andere Wirkung als normales Stereo.

Man verwendet dafür häufig das Wort “immersiv”, also umhüllend, man “taucht” in eine Klangwelt ein. Augmented Audio kann dabei helfen, den Fokus der Patienten von Schmerzen abzulenken und Chirurgen präzisere Informationen in Echtzeit zu liefern. Das kann man sich zu Nutze machen um neuartige Medizin Sound Usecases zu schaffen, wie wir später erfahren werden.

Es heißt Virtual Reality, nicht Visual Reality

Klar, wer den Begriff Virtual Reality hört, denkt vermutlich zuerst an die VR Brillen die mit speziellen Displays ausgestattet sind um ein dreidimensionales Bild zu erzeugen. Viele vergessen aber, dass das Visuelle nur ein Teil eines überzeugenden VR-Erlebnisses ist. Erst durch passenden Sound wird ein solches Erlebnis wirklich immersiv.

Wie hören wir in der (virtuellen) Realität?

Dass Klang zu einem Erlebnis unbedingt dazu gehört, sei es in VR oder der echten Realität, soll folgende Überlegung bewusst machen: Im Gegensatz zu unseren Augen können wir die Ohren nicht schließen. Das heißt wir sind permanent auditiven Reizen ausgesetzt.

Weiters können wir Schall aus allen Richtungen wahrnehmen, unser Sichtfeld beschränkt sich dabei auf etwa 180°. Auch gibt es für uns keine absolute Stille, wer mal darauf achtet merkt schnell, dass immer Geräusche zu hören sind. Und die Tatsache, dass wir uns in reflexionsarmen Räumen schnell unwohl fühlen spricht wohl für sich.

Man könnte fast vermuten, dass viele Menschen dem Klang eines Erlebnisses keinen so hohen Stellenwert beimessen, weil Ton eh immer da ist. Doch genau das heißt im Umkehrschluss auch, dass Klang wichtig ist – denn ohne klingts komisch.

Visuelle Elemente wie ein Foto sind ebenfalls entscheidend, um ein vollständiges VR-Erlebnis zu schaffen und das Verständnis für virtuelle Realität zu vertiefen.

Was heißt das nun für VR?

Audio ergänzt die virtuelle Umgebung, sowohl als umhüllende Atmosphäre, als auch konkrete Bewegungen, Objekte, Handlungen, etc. – Eben all das, was in der Realität auch Geräusche macht. Natürlich kommt es auch auf den Nutzen der VR-Applikation an.

Nicht für jeden VR-Gebrauch ist es nötig, jedes Detail zu vertonen und künstlerische Freiheit gibt es ja auch noch. Mixed Reality spielt hier eine wichtige Rolle, indem sie immersive VR-Erlebnisse schafft, die digitale Informationen nahtlos in die physische Realität integrieren.

Sound fungiert weiters als leitendes Element nach dem Motto:

“Man kann in VR Elemente überhören, aber nicht übersehen!”.

Wie schon erwähnt, können wir Schall aus allen Richtungen wahrnehmen, d.h. die leitende Funktion von Audio kann auch oder vor allem da nützlich sein wo wir nichts sehen, nämlich hinten.

Gamer wissen das schon längst. Vor allem in Shooter-Spielen werden die Gegner oft durch die Schalllokalisation geortet, auch bei nicht-VR-Spielen.

Oder etwa auch Voiceovers verschiedener Protagonisten können durch die Spatialisierung besser auseinandergehalten werden. Hierzu habe ich eine Heatmap Studie gemacht, um herauszufinden, ob der 3D Sound wirklich einen Unterschied macht.

Siehe da – viele Menschen der Stereo-Gruppe waren durch das Voice-Over irritiert, weil die Stimme keiner Person im Raum zugeordnet werden konnte. Ton kann hier also als intuitives Storytelling Element genutzt werden.

Virtual Reality in der Medizin

Definition und Anwendungen von Virtual Reality in der Medizin

Virtual Reality (VR) ist eine computergenerierte, interaktive virtuelle Umgebung, die in der Medizin vielfältige Einsatzmöglichkeiten bietet. Diese Technologie ermöglicht es, sowohl Patientinnen und Patienten als auch medizinischem Personal, komplexe medizinische Szenarien virtuell zu erleben und zu trainieren.

VR-Anwendungen in der Medizin umfassen die Ausbildung von Medizinstudierenden und Fachkräften, die Verbesserung der Patientenaufklärung, die Behandlung von Angststörungen und PTSD, die Rehabilitation sowie die Schmerztherapie.

Ein besonders spannendes Anwendungsgebiet ist die Ausbildung von Medizinstudierenden. Durch VR können sie realitätsnahe Simulationen von Operationen und Notfallsituationen erleben, ohne dass dabei ein Risiko für echte Patientinnen und Patienten besteht.

Dies fördert nicht nur das Verständnis komplexer medizinischer Zusammenhänge, sondern auch die praktische Anwendung von Wissen.

Auch in der Patientenaufklärung spielt VR eine immer größere Rolle. Komplexe medizinische Eingriffe oder Diagnosen können durch virtuelle Modelle anschaulich erklärt werden, was das Verständnis und die Akzeptanz bei den Patientinnen und Patienten erhöht.

Darüber hinaus wird VR erfolgreich in der Behandlung von Angststörungen und PTSD eingesetzt. Durch die Simulation angstauslösender Situationen in einer kontrollierten Umgebung können Betroffene lernen, ihre Ängste zu überwinden und besser mit ihnen umzugehen.

In der Rehabilitation und Schmerztherapie bietet VR ebenfalls innovative Ansätze. Patientinnen und Patienten können durch virtuelle Übungen und Ablenkung von Schmerzen profitieren, was den Heilungsprozess beschleunigen kann.

Die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten von VR in der Medizin zeigen, dass diese Technologie das Potenzial hat, das Gesundheitswesen nachhaltig zu verändern.

Therapeutische Anwendungen von Virtual Reality

Phobien und Angststörungen

Virtual Reality hat sich als äußerst effektiv bei der Behandlung von Phobien und Angststörungen erwiesen. Durch die Simulation von angstauslösenden Situationen in einer kontrollierten virtuellen Umgebung können Patientinnen und Patienten ihre Ängste schrittweise überwinden und lernen, mit ihnen umzugehen.

Diese Methode, bekannt als Expositionstherapie, ermöglicht es den Betroffenen, sich ihren Ängsten zu stellen, ohne dabei realen Gefahren ausgesetzt zu sein.

Ein Beispiel hierfür ist die Behandlung von Flugangst. In einer VR-Simulation können Patientinnen und Patienten einen virtuellen Flug erleben, von der Sicherheitskontrolle bis zur Landung. Durch wiederholte Exposition in dieser sicheren Umgebung können sie ihre Angst abbauen und Vertrauen gewinnen.

Ähnlich verhält es sich bei der Behandlung von Höhenangst, wo Betroffene in einer virtuellen Umgebung schrittweise an größere Höhen herangeführt werden.

Traumata und Essstörungen

Auch bei der Behandlung von Traumata und Essstörungen zeigt Virtual Reality vielversprechende Ergebnisse. Durch die Simulation traumatischer Situationen in einer virtuellen Umgebung können Patientinnen und Patienten ihre Emotionen und Reaktionen besser verstehen und lernen, mit ihnen umzugehen.

Diese Form der Therapie ermöglicht es, traumatische Erlebnisse in einem sicheren Rahmen zu verarbeiten und neue Bewältigungsstrategien zu entwickeln.

Bei der Behandlung von Essstörungen wie Magersucht oder Bulimie kann VR dazu beitragen, die Körperwahrnehmung und das Essverhalten der Betroffenen zu verbessern. In einer virtuellen Umgebung können sie beispielsweise lernen, gesunde Essgewohnheiten zu entwickeln und ein positives Körperbild zu fördern.

Durch die immersive Natur der VR-Technologie wird eine intensive und nachhaltige Therapieerfahrung ermöglicht, die den Heilungsprozess unterstützt.

Die therapeutischen Anwendungen von Virtual Reality in der Medizin sind vielfältig und bieten innovative Ansätze zur Behandlung von psychischen und physischen Erkrankungen. Die Kombination aus immersiven Erlebnissen und kontrollierten Umgebungen macht VR zu einem wertvollen Werkzeug im modernen Gesundheitswesen.

Audio im Gesundheits/Medizin-Bereich

Kommen wir nun also zum Medizin Sound. Audio im Gesundheitskontext kann vieles bedeuten, von kognitiver Stimulation bis zu konkreten medizinischen Usecases. Fangen wir zu erst einmal ganz grundlegend an, wie denn so unser Gehör funktioniert und was es für Medizin Anwendungen bedeutet.

Was ist Psychoakustik?

Die Psychoakustik beschäftigt sich mit der Korrelation zwischen unserem Hörempfinden und den physikalischen Eigenschaften von Schall. Es wird also das erforscht, was Schall in unserem Gehirn bewirkt. Das sind nämlich meist ganz andere Sachen, was man erwarten würde.

Unser Hirn hört manchmal Sachen, die gar nicht da sind – oder Frequenzen nicht, obwohl sie da sind.

Dabei gibt es ein paar bekannte Effekte die offenlegen, dass unser Gehirn Schall zum Einen nicht immer so übersetzt wie er auf unser Trommelfell eintrifft. Und zum Anderen recht flexibel damit umgehen kann.

Ein Beispiel wäre der Residualton: Wir können die Tonlage eines Instruments oder der Stimme korrekt hören, selbst wenn man den Grundton entfernt. Dieser fehlende Grundton wird Residualton genannt. Ein konkretes Beispiel hierfür wäre ein Telefongespräch, die darin verbauten Lautsprecher spielen meist nicht tiefer als 300Hz, der Grundton der meisten männlichen Stimmen liegt jedoch deutlich darunter.

Trotzdem können wir auf die richtige Stimmlage der Person am anderen Ende der Leitung rückschließen. Was für künstliche Intelligenzen wahnsinnig schwierig per Deep Learning zu ermitteln ist, macht unser Gehirn mal eben so nebenbei.

Ein weiteres psychoakustisches Phänomen ist der Cocktailparty-Effekt. Dieser bezeichnet unsere Fähigkeit des selektiven Hörens. So sind wir imstande in einer vergleichsweise lauten Umgebung wie einer Party unser Gehör zu fokussieren, sodass wir unsere/n GesprächspartnerIn verstehen und den Rest ausblenden.

Weiters interessant sind auditive Illusionen wie die Shepard-Skala, auch Shepard-Ton, eine Skala die scheinbar endlos höher oder tiefer wird. Tatsächlich handelt es sich um zeitlich versetzte Sweeps die sich tonal nicht voneinander unterscheiden.

Eine der für uns wichtigsten Eigenschaften von Schall auf psychologischer Ebene ist wohl, dass Emotionen ausgelöst werden können. Allem voran die Musik. Das bringt natürlich eine Menge Potential für Medizin Sound, beispielsweise bei der Behandlung von Traumata oder auch der Entspannung.

Virtual Reality-Anwendungen nutzen psychoakustische Prinzipien, um immersive Erlebnisse zu schaffen, die in der Behandlung von psychischen Störungen und der medizinischen Ausbildung eingesetzt werden können.

Wo wird Audio/Schall heute schon in der Medizin eingesetzt?

Medizin Sound steckt noch in den Kinderschuhen, doch auch heute wird Schall schon vielseitig eingesetzt. Im Bereich der Sonifikation, also der akustischen Darstellung von Daten, ist das Piepsen eines EKG-Geräts ein bekannter Vertreter.

Das Piepsen gibt die Frequenz des Herzschlags wieder und bei einem Herzstillstand ertönt ein schriller Dauerton – hat wahrscheinlich jeder schon mal in einem Film gesehen/gehört. Spoiler Alarm: hier ist noch viel Potential, weil das Piepsen zwar seinen Zweck erfüllt, aber auf Dauer nicht gerade angenehm ist.

Auch der Einsatz von Ultraschall ist schon lange Standard im Krankenhaus. Zugegeben, in dem Fall wird zwar Schall verwendet, aber eben nicht für auditive Zwecke. Man spricht auch von Sonografie und nutzt diese vor allem für die Untersuchung von Weichteilen. Ist also für Knochen weniger geeignet.

Aber trotzdem verrückt, wozu Ton eigentlich in der Lage ist, wenn man die richtige Frequenz trifft.

Ganz anders sieht es bei Musiktherapie aus. Wie schon erwähnt, kann Musik emotionale Reaktionen hervorrufen. Bei der Musiktherapie geht es also darum sich diese Eigenschaften zunutze zu machen um die psychische aber auch körperliche Gesundheit der PatientInnen wiederherzustellen oder zu erhalten.

Ton ist hier ein sehr persönliches Medium. Jeder Mensch assoziiert etwas mit dem Klang von prasselndem Regen andere Emotionen. Auch wird unsere Wahrnehmung kulturell geprägt und so ist für uns ein Gong vielleicht entspannter als in Asien.

Best Practice – Weitergedachte Einsatzmöglichkeiten von Medizin Sound

Wie könnte die Zukunft von Medizin Sound aussehen?

Dass VR in Zukunft auch im medizinischen Bereich eine immer größere Rolle spielen wird, ist sehr wahrscheinlich. Es wird aktuell immer mehr geforscht, was in diesem Bereich nicht einfach ist, da eine besondere Hygiene eingehalten werden muss.

Außerdem darf man nicht vergessen, dass man eben mit kranken Menschen arbeitet. Mit VR ergeben sich nicht nur neue Möglichkeiten Krankheiten besser zu erforschen, sondern auch neue Wege der Wissensvermittlung.

Ein Parade-Beispiel ist das Stanford Virtual Heart, ein medizinisches VR-”Game” zur Veranschaulichung von Herz-defekten. Diese VR-Applikation wird als Pilotprojekt bereits in 20 kordiologie-bezogenen Einrichtungen verwendet um Herzfehler besser zu erklären. Herzfehler gelten als sehr komplex, weshalb auch die Wissensvermittlung nicht leicht ist.

Durch die VR-Applikation, die logischerweise anatomisch korrekt konzipiert ist, lassen sich einige Herzdefekte aus unmittelbarer Nähe beobachten. Gerade für Angehörige eine große Verständnis Hilfe. Medizinstudierende profitieren ebenfalls von solchen innovativen Lehrmethoden, da sie durch immersive Technologien ein besseres Verständnis und Engagement im Medizinstudium entwickeln können.

Man kann sich als BenutzerIn sogar ins Herz begeben. Kommen wir aber zum eigentlichen Medizin Sound: Bei Herzfehler spielt der Klang eine entscheidende Rolle, je nach Defekt ändert sich der Rhythmus oder die Klangfarbe des Herzschlags. Deshalb brauchen Ärztinnen und Ärzte ein geschultes Ohr.

Das Stanford Virtual Heart fungiert deshalb auch als eine Art virtuelles Stethoskop, denn auch das Sound Design wurde anatomisch akurat erstellt. Ein interessantes Interview mit Audiobeispielen zum Sound Design findest du hier. Shoutout an meine Freunde von Delta Soundworks!

Dieses Pilotprojekt lässt das Potential von VR und Medizin Sound bereits erahnen. Sound Designer werden in Zukunft also mit ganz neuen Herausforderungen konfrontiert sein. Wie man am Beispiel Stanford Virtual Heart sieht, reicht die künstlerische Auseinandersetzung mit Sound in dem Fall nicht aus.

Etwa die Frage: “wie klingt es eigentlich im inneren des Herzens?” Man muss sich mit der Materie auch aus medizinischer Sicht beschäftigen um akkurate Sounds zu kreieren, die für Trainings Anwendungen in VR genutzt werden können.

Immersive EEG – Wie verwandelt man Hirnströme in Erlebnisse?

Zusammen mit der Firma Brainboost durfte ich ein spezielles Projekt mit EEG und den damit gemessenen Hirnaktivitäten umsetzen. Es geht dabei um aus diesen Aktivitäten generierte audiovisuelle VR-Erlebnisse. Diese dienen primär zur Stressbekämpfung.

Dabei soll der/die NutzerIn ein Verständnis dafür entwickeln, wie das eigene Gehirn funktioniert. Welche Gedanken-Muster lösen Stress aus und wie kann ich mein Gehirn in die Entspannung führen?

VR ist für stressreduzierende Anwendungen sehr gut geeignet, da die Umwelt und somit potentielle Ablenkungen ausgeblendet werden. Man kann sich also ganz auf die Anwendung konzentrieren. Außerdem gibt der Ton unmittelbares Feedback zu den Daten. Ein bisschen wie der EKG-Piepser – nur wesentlich angenehmer.

Ziel war es, die PatienInnen mit einem Wohlfühlfaktor zu entlassen. Damit man einerseits einen Lernerfolg hatte, aber auch eine angenehme Session. Zusätzlich kann die Integration von augmented reality mit EEG-Daten die Stressreduktion weiter verbessern, indem sie immersive und interaktive Erlebnisse schafft.

Der Sound spielt natürlich auch eine tragende Rolle. Mit entsprechenden Sounds und Musik wird die beruhigende Wirkung verstärkt und immersive Atmosphärern tun ihr Übriges. Auch die emotionale Wirkung ist nicht außer Acht zu lassen.

Letztendlich ging es bei dem Projekt darum die eigenen Hirnströme steuern zu lernen und in daraus resultierende VR-Erlebnisse zu verwandeln. Wer noch etwas mehr darüber erfahren möchte, dem/der sei mein Portfolio-Eintrag ans Herz gelegt.

Medizin Sound weiter gedacht – Wo ist Sound noch relevant?

Der Lärmpegel in Krankenhäuser wird zunehmend ein Problem. Nicht nur ist eine laute Umgebung störend, sondern beeinflusst einigen Studien zufolge sogar die Regenerationsdauer bzw. das Wohlbefinden der PatientInnen negativ.

Und es ist ja auch durchaus nachvollziehbar, bei so vielen unterschiedlichen Geräuschquellen kann man als PatientIn gar nicht zur Ruhe kommen.

Was wäre eine Lösung? Gewisse Geräte wie etwa das EKG müssen Geräusche machen, ein Ansatz wäre somit nicht unbedingt die Geräuschreduktion, sondern ein Umgebungs-Sound Design. Man könnte die Geräte aufeinander abstimmen, dass beispielsweise harmonische Klänge entstehen.

Auch das Sound Design der Piepser etc. könnte verbessert werden. Und ja, da wo es möglich ist, ist eine Geräuschreduktion wahrscheinlich die beste Option.

Man sieht hier, dass Medizin Sound auch da relevant ist, wo man ihn wahrscheinlich nicht gleich vermutet hätte. Visuelle Elemente wie ein beruhigendes Foto können ebenfalls eine wichtige Rolle spielen, um eine entspannende Umgebung zu schaffen.

Fazit

Es gibt das berühmte Zitat von George Lucas das besagt, dass der Sound 50% eines Filmerlebnisses ausmacht. Im Fall von VR gehört dieser Wert wohl noch etwas erhöht! Man hat gesehen wie unterschiedlich VR und Medizin Sound jetzt schon eingesetzt werden können, da kann man nur erahnen was in Zukunft noch passieren wird.

Für mich ist es wahnsinnig faszinierend, dass Ton nicht nur zu Unterhaltungszwecken genutzt werden kann, sondern im wahrsten Sinne auch Menschen helfen kann sich besser zu fühlen.

Spatial Audio und VR sind so flexible Medien, da liegt es auf der Hand, dass die Möglichkeiten noch lange nicht ausgeschöpft sind. Diese zu erforschen ist eine meiner Hauptaufgaben.

Wenn du also Ideen hast oder jemanden für den passenden Sound suchst, weißt du bescheid an wen du dich wenden kannst! 😉