Zweiter „XR Science Award“ für erweiterten OP-Trainingssimulator
Wissenschaftler der Professur Produktionssysteme und -prozesse der TU Chemnitz erhielten erneut Auszeichnung des Deutschen Instituts für Virtuelle Realitäten für ihre Weiterentwicklung der Virtual-Reality-Simulation mit haptischem Feedback, mit der Chirurginnen und Chirurgen die Operation von Hüftgelenkimplantaten üben können
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Dr. Mario Lorenz und Sebastian Knopp, Wissenschaftliche Mitarbeiter der Professur Produktionssysteme und -prozesse, wurden mit dem „XR Science Award“ für ihren OP-Trainingssimulator ausgezeichnet. Quelle: DIVR -
Sebastian Knopp, Wissenschaftlicher Mitarbeiter der Professur Produktionssysteme und -prozesse, demonstriert den Einschlagapparat, mit dem Chirurginnen und Chirurgen die Operation von Hüftgelenkimplantaten üben können. Quelle: DIVR
Dr. Mario Lorenz und Sebastian Knopp, wissenschaftliche Mitarbeiter der Professur Produktionssysteme und -prozesse (Leitung: Prof. Dr. Martin Dix) überzeugten mit einer Live-Präsentation ihrer Forschungsergebnisse des Projekts „Dynamic HIPS“ die Jury in den Räumlichkeiten der DASA Arbeitswelt Ausstellung in Dortmund. Sie erhielten den „XR Science Award“ des Deutschen Instituts für Virtuelle Realitäten in der Kategorie „Best Tech“ für ihren OP-Trainingssimulator, der durch seine exzellente technische Qualität und seinen hohen technologischen Innovationsgrad überzeugte.
Für die beiden Preisträger ist es bereits das zweite Mal, dass sie diese Auszeichnung entgegennehmen dürfen. „Seit 2019 ist viel passiert“, sagt Lorenz. „Inzwischen können wir nicht nur das Ausfräsen der Hüftpfanne simulieren, sondern alle fünf Hauptschritte der Hüftimplantat-Operation – vom Absägen des Oberschenkelknochenkopfes und dem Ausfräsen über das Einsetzen des Hüftpfannenimplantats, das Ausraspeln des Inneren des Oberschenkelknochens und zuletzt dem Implantieren des Schaftes.“ Außerdem wird das haptische Feedback inzwischen nicht mehr mit einem Kuka-Roboter, sondern mit einem speziell für diese Anwendung weiterentwickelten Haptikgerät der Haption GmbH erzeugt. Für das Sägen und Fräsen haben die Chemnitzer Wissenschaftler ein Handstück gebaut, das die Vibrationen bei der Bearbeitung realistisch simuliert. Zusätzlich haben die Forscher einen eigenen Einschlagapparat entwickelt und zum Patent angemeldet, weil die Chirurginnen und Chirurgen beim Einsetzen des Implantats, beim Ausraspeln des Knochens und beim Implantieren des Schaftes so große Kräfte aufbringen müssen, dass weder der Roboter noch das neue Haptikgerät dafür geeignet gewesen wären. „Wir haben biomechanische Messungen gemacht und herausgefunden, dass der Einschlagapparat während des OP-Trainings Impulse von 22 Kilonewton aushalten muss“, so Lorenz. Für diese Versuche an Körperspendern mussten sowohl der Versuchsaufbau als auch die Messtechnik komplett neu entwickelt werden. Diese Arbeiten wurden gemeinsam mit Forschenden vom Zentrum zur Erforschung der Stütz- und Bewegungsorgane (ZESBO) am Universitätsklinikum Leipzig und von der Medizinischen Universität Graz durchgeführt. Die Universität Bremen hat im Projekt neue haptische Rendering-Methoden für zweihändige Arbeitsaufgaben bei den verschiedenen Operationsschritten entwickelt und diese für die Nutzung des Einschlagapparats übertragen.
Das fertige Trainingssystem kann entweder als Gesamttraining oder in Einzelmodulen mit drei verschiedenen Schwierigkeitsgraden genutzt werden. Außerdem gibt es Multiplayer-Modi für ein kollaboratives Training räumlich entfernter Ärztinnen und Ärzte, bei dem eine Person operiert, eine zweite Person anleitet und weitere Zuschauerinnen und Zuschauer im selben virtuellen Raum bei der Operation anwesend sein können. In der VR-Simulation leiten Texte und Bilder die Probanden durch die einzelnen Operationsschritte. Diese wurden von der FAKT Software GmbH mit Unterstützung der Youse GmbH auf Basis des klinischen Wissens der Zeisigwaldkliniken Bethanien Chemnitz konzipiert und implementiert. Darüber hinaus hat die FAKT Software GmbH die Möglichkeit geschaffen, das OP-Training aufzuzeichnen, später wieder abzuspielen und dabei erneut die OP-Schritte parallel mit Audio-Kommentaren untersetzt mitzuüben. Die CAT Production GmbH hat unter Anleitung von Privatdozent Dr. med. Dirk Zajonz, leitender Oberarzt an den Zeisigwaldkliniken, die 3D-Modelle einer virtuellen Patientin visuell optimiert. „Wir freuen uns sehr, dass die Evaluation unserer Anwendung in der Klinik so gut verlaufen ist und die Versuchspersonen unser System als nützlich, sinnvoll und realitätsnah einschätzen, auch wenn natürlich immer noch Verbesserungspotential besteht“, meint Lorenz.
Das Projekt „Dynamic Hips“ wurde an der TU Chemnitz von Mai 2020 bis April 2023 vom Bundesministerium für Bildung und Forschung mit rund 442.000 Euro gefördert.
Weitere Informationen erteilt Dr. Mario Lorenz, TU Chemnitz, Telefon +49 371 531-39366, E-Mail mario.lorenz@mb.tu-chemnitz.de
(Autorin: Katja Klöden)
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Mario Steinebach
18.10.2023
