Eines der zur Zeit interessantesten Einsatzgebiete der VR in der Medizin ist der Bereich der medizinischen Aus- und Weiterbildung sowie des Trainings komplexer Eingriffe und neuer Verfahren.
Das medizinische Wissen hat sich in diesem Jahrhundert extrem erhöht und in der medizinischen Ausbildung gibt es Schwierigkeiten mit der rasanten Entwicklung Schritt zu halten. War es in der ersten Hälfte des Jahrhunderts noch möglich ausschließlich aus medizinischen Textbüchern zu lernen und an Leichen zu trainieren, so hat sich die Menge der Information derart erhöht, daß es kaum noch möglich ist, Wissen ausschließlich auf diesem Wege zu erlangen. Weiterhin kann bei der ständig wachsenden Zahl von Medizinstudenten nicht gewährleistet werden, alles Gelernte auch an praktischen übungen nachvollziehen zu können [BUCO94]. Dennoch sind für eine erfolgreiche medizinische Ausbildung die drei Bereiche - Lernen, Verstehen und Trainieren - von allergrößter Bedeutung. Je länger und ausgiebiger die Trainingsphase (als interaktive Lernphase), desto besser ist die Qualität der Ausbildung.
In den letzten Jahren hat sich die Situation allerdings verbessert. Neben gut illustrierten Bildbänden und medizinischen Atlanten gibt es mittlerweile auch ausreichend Software, die es ermöglicht digitalisierte Bilder der menschlichen Anatomie sowie medizinische Zusammenhänge anschaulich darzustellen. Von textbasierten Lernprogrammen, über 3D Anatomieatlanten bis hin zu realitätsnahen, simulierten Eingriffen auf Basis von Bilddaten liegt eine breite Palette an medizinischen Lernprogrammen vor (siehe auch Abschnitt 2.2 ab Seite 
). Die breite Einführung der CD als preiswerter Massenspeicher sowie Multimediasysteme, die eine Kombination von Text-, Video- und Audioinformationen in benutzerfreundlicher Form präsentieren sind auf dem Markt erhältlich. Graphikhardware auch im PC-Bereich wird immer leistungsfähiger und preiswerter und die Methoden der Computer Graphik zur realistischen Visualisierung verbessern sich ständig.
Der nächste Schritt in der medizinischen Ausbildung ist die virtuelle Begehung eines Menschen anhand eines vollständigen, dreidimensionalen Datensatzes. Ein solcher wurde in den Vereinigten Staaten an der Universität in Colorado generiert, nachdem ein zum Tode verurteilter Mann sich bereiterklärte, seinen Körper nach der Hinrichtung für medizinische Zwecke zur Verfügung zu stellen. Der Körper wurde mittels Computer Tomographie (CT) und Kernspintomographie (MR) vollständig digitalisiert und anschließend eingefroren und in Millimeter dünne Scheiben zerschnitten. Diese wurden fotografiert und digitalisiert, wodurch das derzeit umfassendste Datenmaterial (ca. 45 Gigabyte) eines menschlichen Körpers vorliegt [LASC95].
Abb. 5: Datensatz zur menschlichen Anatomie, Visible Human Projekt
Der Bereich der minimal invasiven Medizin bietet momentan ebenfalls ein weites Feld zur Simulation. Zum einen ist bei dieser Technik ohnehin eine Visualisierung erforderlich und zum anderen ist die Technik so neu, daß es noch zu wenig erfahrene ärzte gibt, die ihr Wissen an eine große Zahl von Studenten bzw. noch unerfahrene ärzte weitergeben können. Dennoch ist der Bedarf an simuliertem Training groß, da der Einsatz der minimal invasiven Medizin Vorteile für den Patienten mit sich bringt und somit auch praktiziert werden soll.
Wenn man sich jetzt vor Augen hält, daß der Operateur für einen eventuellen Behandlungsfehler verantwortlich gemacht wird, dann ist es natürlich, daß bei einer derart raschen Verbreitung der minimal invasiven Medizin auch der Bedarf an intensiven Trainingsmöglichkeiten ständig wächst. Berücksichtigt man nun, daß z.B. 150 selbständig ausgeführte Blinddarmoperationen noch nicht ausreichen, um einem Berufsanfänger assistieren zu dürfen [VOEL95], dann wird deutlich, daß es zum einen schwierig ist, bei neuen Operationstechniken auch auf dem neuesten Stand zu bleiben und zum anderen momentan bei weitem noch nicht genügend Experten existieren, die ihr Wissen zu Lehrzwecken weitergeben können. Genau aus diesem Grund bietet sich hier ein großes Einsatzfeld für die VR.
In Abb.6 sieht man einen Torso, der angehenden Chirurgen zum realistischen Training der laparoskopischen Entfernung der Gallenblase dient. Abb.7 zeigt die gleiche Trainingssituation aus der Sicht des Trainierenden. Es kann sowohl eine Visualisierung der endoskopischen Sicht als auch der Gesamtansicht erfolgen. Bei der realen Operation können dem Operateur die Daten in gleicher Art und Weise gezeigt werden, so daß dieser dann bereits mit einer gewohnten Sichtweise operieren kann.
Abb. 6: Simulationstorso, [FZK]
Abb. 7: Visualisierung der Simulation, [FZK]
Ein sehr komplexes System zur Simulation diverser medizinischer Vorgänge ist die Virtual Clinic von Cine-Med, Inc. in Connecticut. Virtual Clinic soll nach Aussagen des Herstellers Organe realistisch, dreidimensional darstellen können, eine Interaktion in Echtzeit (bzw. nahe daran) erlauben und sogar ein korrektes physikalisches Verhalten von Organen simulieren. Die virtuellen anatomischen Objekte besitzen reale Eigenschaften und Kollisionserkennungsverfahren registrieren, wenn Organe von Instrumenten berührt werden. Den Eigenschaften der Organe entsprechend werden dann physikalisch und physiologisch korrekte Reaktionen ausgelöst. Sie beginnen z.B. zu bluten, wenn sie geschnitten werden oder verformen sich unter mechanischer Einwirkung [JMVR95], [SPER94].
Systeme wie die Virtual Clinic sind auch hervorragend zur medizinischen Weiterbildung, z.B. beim Erlernen neuer Operationstechniken und für die Operationsplanung einsetzbar. Der oder die Benutzer können geführt oder gewarnt werden, wenn Aktionen ungeschickt oder falsch ausgeführt wurden. Stereoskopische Darstellungen mittels Shutter-Brille und Rückkopplung in Form von tactile feedback und force feedback führen zu einer realitätsnahen Simulation.
" Das Experimentieren am "gläsernen Menschen" ermöglicht Lernen und Verstehen durch einfaches Hinsehen. ... Visuelles Experimentieren und Demonstrieren verkürzt den Prozeß des Lernens und Verstehens." [VOEL95]
Diese Aussage spiegelt wider, was jeder selbst schon erfahren haben wird. Alles was man gezeigt bekommt, versteht man in der Regel schneller. Kann man sich über eine Sache einen Gesamtüberblick verschaffen und an ihr experimentieren, so wird man sie schneller begreifen. VR-Systeme in der medizinischen Ausbildung sollen gerade das ermöglichen, was Flug- und Fahrsimulatoren schon seit einiger Zeit leisten. Eine Ausbildung an einem simulierten Objekt, so realistisch, daß der oder die Auszubildende durch den Übergang zum realen Objekt nicht stark beunruhigt wird. Hemmungen können so im Vorfeld abgebaut und Routine gewonnen werden. Im medizinischen Bereich ergibt sich daraus ein wesentlicher Vorteil für die Patienten, da neue Operationstechniken im Vorfeld getestet werden können und Jungärzte bzw. -ärztinnen mit mehr Erfahrung an ihren ersten realen Eingriff herangehen.
Ein weiterer Vorteil einer VR-Simulation ist deren beliebige Wiederholbarkeit, auch mit permanent wechselnden (u.U. realen) Simulationsdaten, sowie die Möglichkeit zur Aufzeichnung erfolgter Aktionen mit anschließender Analyse. Weiterhin ermöglichen VR-Simulatoren einer größeren Interessentenschaft ein praxisorientiertes und realistisches Training zur Aus- und Weiterbildung bei verminderter Anzahl von Tierversuchen. Durch die relativ leichte Anpassbarkeit solcher Simulatoren auf neue Gegebenheiten, ist zudem eine merkbare Kosteneinsparung in der medizinischen Aus- und Weiterbildung zu erwarten.