Die weltweit steigende Zahl ?lterer Menschen führt zu einem Anstieg an Hüftimplantationen und anderen Gelenkersatzoperationen. Dadurch w?chst auch der Bedarf an gut ausgebildeten orthop?dischen Chirurgen, aber das praxisnahe Training dieser Operationen ist sehr schwierig zu realisieren. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Technischen Universit?t Chemnitz und der Universit?t Bremen entwickeln daher im Projekt ?Dynamic HIPS“, das am 1. Mai gestartet ist, einen dynamischen Hüftimplantatsimulator. Er soll den ?rztinnen und ?rzten für ?bungen zur Verfügung stehen und ein realistisches Gefühl für den Eingriff vermitteln.
Im Fokus stehen dabei drei besonders kritische Operationsschritte: das Abtrennen des Hüftgelenkkopfs, das Ausschaben des Oberschenkelknochens und die Implantation des Kunstgelenks. ?Die angehenden Chirurgen erhalten durch das System die M?glichkeit, bereits vor ihrer ersten realen OP ein gro?es Erfahrungswissen zu sammeln“, erkl?rt Prof. Gabriel Zachmann vom Technologie-Zentrum Informatik und Informationstechnik (TZI) der Universit?t Bremen. ?Auch erfahrene Chirurgen profitieren von diesem Trainingssimulator, zum Beispiel durch das Trainieren von komplizierten, selten durchgeführten Eingriffen.“
Gleiche Sinneswahrnehmungen wie bei einer realen Operation
Operationen werden zur Schonung des Patienten oft in m?glichst kleinen Operations?ffnungen durchgeführt. ?Dadurch operiert der Chirurg sehr stark nach Gefühl“, erl?utert Mario Lorenz von der Professur für Werkzeugmaschinenkonstruktion und Umformtechnik an der TU Chemnitz. ?Bei Operationen wie dem Einsatz einer Hüftprothese sind gleichzeitig auch manuelle T?tigkeiten mit hohen Kr?ften erforderlich. Für den Erfolg der OP ist es sehr wichtig, diese T?tigkeiten so pr?zise wie m?glich auszuführen. Bis jetzt fehlt es aber an Trainingsger?ten, die den Chirurgen genau die gleichen Sinneswahrnehmungen vermitteln k?nnen, die sie auch bei einer realen Operation spüren würden, zum Beispiel den Widerstand des Knochens beim S?gen und Ausschaben.“
Das Projekt Dynamic HIPS hat sich daher 澳门皇冠_皇冠足球比分-劲爆体育ere Ziele gesetzt, die es erm?glichen, die ben?tigten Trainingsger?te zu entwickeln. Die Forscher wollen die Kr?fte, Drehmomente und Geschwindigkeiten bestimmen, die bei den drei zu simulierenden Operationsschritten auftreten. Auf dieser Basis wollen sie einen Roboterarm und bestehende Haptikger?te – das sind Ger?te, die realistische Sinneswahrnehmungen vermitteln k?nnen – weiterentwickeln. Ebenfalls wichtig ist die Schaffung eines mathematischen Modells, das die Widerst?nde und den Materialabtrag am Knochen simuliert. Diese Informationen müssen innerhalb einer Millisekunde an den Roboter übermittelt werden, um den Chirurgen ein realistisches Gefühl zu vermitteln.
Experten k?nnen aus anderen Teilen der Welt hinzugeschaltet werden
Ein zweites Bündel an Zielen befasst sich mit der VR-Technologie, die das gemeinsame Training über gro?e Distanzen hinweg erm?glicht (?Remote-Training“). Mit Hilfe eines Multi-User-Systems k?nnen erfahrene Chirurgen ihre medizinische Expertise an auszubildende Chirurgen weitergeben, ohne selbst vor Ort zu sein. Diese Funktionalit?t erleichtert nicht nur den Transfer von medizinischer Expertise in Schwellen- und Entwicklungsl?nder, sondern dient auch dem Erkenntnisaustausch zwischen erfahrenen Chirurgen.
Die Forscher stehen vor der Herausforderung, die zeitlichen Verz?gerungen bei der Synchronisation von Szenen trotz gro?er r?umlicher Entfernung zwischen den Nutzern zu minimieren, sodass sich beide Chirurgen in einer identischen Situation befinden. Parallel wollen die Wissenschaftler die Interaktion zwischen den Nutzern in der VR-Umgebung st?rken, indem sie M?glichkeiten bereitstellen, ohne Worte zu kommunizieren, beispielsweise durch das Zeigen auf virtuelle 3D-Zeichnungen. Darüber sollen Arbeitsschritte künftig aufgezeichnet und mit Audio-Kommentaren unterlegt werden k?nnen, um Trainingsvideos zu erstellen.
Umfangreiche Nutzerstudie soll Akzeptanz sicherstellen
An dem Projekt beteiligen sich neben der Universit?t Bremen und der Technischen Universit?t Chemnitz auch die Unternehmen FAKT Software GmbH, Haption GmbH, CAT Production GmbH und YOUSE GmbH. Ein Teil des Konsortiums hatte im Vorl?uferprojekt HIPS (?HüftImplantatPfannenfr?sSimulator“) bereits einen Trainingssimulator zum Ausfr?sen der Hüftgelenkpfanne entwickelt.
Von medizinischer Seite wird die Entwicklung von der Klinik für Orthop?die, Unfallchirurgie und Plastische Chirurgie des Universit?tsklinikums Leipzig, dem Zentrum zur Erforschung der Stütz- und Bewegungsorgane (ZESBO), dem Institut für makroskopische klinische Anatomie der Medizinischen Universit?t Graz (?sterreich) sowie der Medizintechnik-Abteilung des Fraunhofer Instituts für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU) begleitet.
Das gesamte Entwicklungsvorgehen in Dynamic HIPS erfolgt nutzerzentriert. Orthop?dische Chirurgen werden bei der Ausarbeitung der detaillierten Anforderungen sowie zur Gestaltung und Bewertung der L?sungen einbezogen. Die letzte Projektphase umfasst zudem eine umfangreiche Nutzerstudie. Gef?rdert wird das dreij?hrige Projekt vom Bundesministerium für Bildung und Forschung mit über 2 Millionen Euro.
