Uni Bremen: Chirurgie-Ausbildung mit Roboter und Virtueller Realität

Das Einsetzen von Hüftimplantaten stellt hohe Anforderungen an Chirurgen. Um diese Eingriffe praxisnah trainieren zu können, entwickeln Wissenschaftler der Universität Bremen und der Technischen Universität Chemnitz im Projekt „Dynamic HIPS“ einen dynamischen Hüftplantatsimulator. Die Anwender sehen die Szene in der virtuellen Realität und bedienen dabei OP-Instrumente, die an einen Roboter angeschlossen sind.

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 Möglichkeit, bereits vor ihrer ersten realen OP ein großes Erfahrungswissen zu sammeln“, sagt Prof. Gabriel Zachmann vom Technologie-Zentrum Informatik und Informationstechnik (TZI) der Universität Bremen. „Auch erfahrene Chirurgen profitieren von diesem Trainingssimulator, zum Beispiel durch das Trainieren von komplizierten, selten durchgeführten Eingriffen.“

Operationen werden zur Schonung des Patienten oft in möglichst kleinen Operationsöffnungen durchgeführt. „Dadurch operiert der Chirurg sehr stark nach Gefühl“, erläutert Mario Lorenz von der Professur für Werkzeugmaschinenkonstruktion und Umformtechnik an der TU Chemnitz. „Bei Operationen wie dem Einsatz einer Hüftprothese sind gleichzeitig auch manuelle Tätigkeiten mit hohen Kräften erforderlich. Für den Erfolg der OP ist es sehr wichtig, diese Tätigkeiten so präzise wie möglich auszuführen. Bis jetzt fehlt es aber an Trainingsgeräten, die den Chirurgen genau die gleichen Sinneswahrnehmungen vermitteln können, die sie auch bei einer realen Operation spüren würden, zum Beispiel den Widerstand des Knochens beim Sägen und Ausschaben.“

Das Projekt Dynamic HIPS hat sich daher mehrere Ziele gesetzt, die es ermöglichen, die benötigten Trainingsgeräte zu entwickeln. Die Forscher wollen die Kräfte, Drehmomente und Geschwindigkeiten bestimmen, die bei den drei zu simulierenden Operationsschritten auftreten. Auf dieser Basis wollen sie einen Roboterarm und bestehende Haptikgeräte – das sind Geräte, die realistische Sinneswahrnehmungen vermitteln können – weiterentwickeln. Ebenfalls wichtig ist die Schaffung eines mathematischen Modells, das die Widerstände 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.

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