Revolutionäres Trainingssystem: VR ermöglicht realitätsnahe Hüft-OP-Simulationen

Ein innovativer Simulator für Hüftoperationen hat erfolgreich den klinischen Praxistest bestanden. Das verbesserte Virtual-Reality-Trainingssystem wurde von Wissenschaftlern der Professur Produktionssysteme und -prozesse der TU Chemnitz in Zusammenarbeit mit Chirurginnen und Chirurgen entwickelt und getestet. Die neue Simulation ermöglicht eine sichere und wiederholbare Übung des Einsatzes von Hüftprothesen in der chirurgischen Ausbildung.

Hüftoperationen erfordern von Ärztinnen und Ärzten eine beträchtliche Anstrengung und äußerste Präzision. Dr. Mario Lorenz und Sebastian Knopp, wissenschaftliche Mitarbeiter der Professur Produktionssysteme und -prozesse, haben einen innovativen Simulator entwickelt, der Chirurginnen und Chirurgen ein realitätsnahes Training ermöglicht. Mit diesem Simulator können sie den erforderlichen Kraftaufwand und ihre Feinmotorik beim Einsetzen eines Hüftimplantats üben.

Das Ziel der Forscher war es, den Ärztinnen und Ärzten ähnliche Sinneserfahrungen wie bei einer tatsächlichen Operation zu vermitteln, zum Beispiel den Widerstand des Knochens beim Sägen und Ausschaben. Dank der Verknüpfung von Virtual Reality und speziellen haptischen Geräten ist dies nun möglich. Laut Lorenz hat diese technische Grundlage das Potenzial, eine Revolution im Bereich der Aus- und Weiterbildung für Gelenksersatzoperationen herbeizuführen.

Bei der virtuellen Operation können die Operateure tatsächlich die Kräfte und Widerstände wahrnehmen. Es ist möglich, nicht nur das Ausfräsen der Hüftpfanne zu simulieren, sondern auch alle fünf wesentlichen Schritte der Hüftimplantat-Operation. Dazu gehört das Entfernen des Oberschenkelknochenkopfes, das Ausfräsen und Einsetzen des Hüftpfannenimplantats, das Ausformen des Inneren des Oberschenkelknochens und das Einsetzen des Schafts.

Für diese Anwendung wurde ein speziell entwickeltes Haptik-Gerät eingesetzt, um eine taktile Rückmeldung zu ermöglichen. Ein Handstück simuliert dabei realistisch die Vibrationen während des Sägens und Fräsens. Zusätzlich wurde ein eigens entwickelter Einschlagapparat konstruiert und zum Patent angemeldet, da bei der Implantation des Schafts und dem Ausraspeln des Knochens erhebliche Kräfte von den Chirurginnen und Chirurgen aufgebracht werden müssen. Basierend auf biomechanischen Messungen wurde festgestellt, dass der Einschlagapparat während des OP-Trainings einer Belastung von 22 Kilonewton standhalten muss.

Um sicherzustellen, dass die medizinische VR-Anwendung akzeptiert wird, wurden umfangreiche Nutzerstudien durchgeführt. Orthopädische Chirurginnen und Chirurgen waren aktiv in den gesamten Entwicklungsprozess des Trainingssimulators eingebunden. Sie haben detaillierte Anforderungen formuliert und die fertige Version des Simulators bewertet.

Das Projekt DynamicHIPS erhielt von Mai 2020 bis April 2023 eine Förderung in Höhe von etwa 442.000 Euro vom Bundesministerium für Bildung und Forschung und wurde zweimal mit einem Science Award des Deutschen Instituts für Virtuelle Realitäten ausgezeichnet. Die erfolgreiche Durchführung des klinischen Praxistests bestätigt das Potenzial dieses innovativen Simulators für die Aus- und Weiterbildung im Bereich der Gelenksersatzoperationen.

Schlagwörter: OPTrainingssimulator + Virtual Reality + Hüftimplantat

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