Simulation Wirbelsäulen- und Hüft-Operationen virtuell trainieren

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Angehende Chirurgen können sensomotorische Fähigkeiten bisher nur über die praktische Ausführung der Operationsschritte am Menschen erlernen. Forscher der TU Chemnitz wollen deshalb eine Trainingssimulation auf Basis von Virtual Reality und Haptik-Geräten entwickeln.

Gerade im orthopädisch-unfallchirurgischen Bereich fehlen geeignete Trainingssysteme, mit denen angehenden Chirurgen ihre sensomotorischen Fähigkeiten trainieren, bevor sie echte Operationen an Patienten vornehmen. Das Projekt Ortho-Mini-Games der Professur Produktionssysteme und -prozesse (Leitung: Prof. Dr. Martin Dix) der Technischen Universität Chemnitz (TUC) setzt hier an: Ziel ist es, ein kompaktes, einfach zu nutzendes Trainingssystem zu entwickeln, mit dem orthopädische und unfallchirurgische Fertigkeiten für Operationen an der Wirbelsäule und Hüfte erlernt werden können. Darüber hinaus soll das System leicht in den Klinikalltag integriert werden können.

Die Forscher der TUC haben sich für dieses Vorhaben mit der Youse GmbH aus Berlin, der Fakt Software GmbH aus Leipzig und dem Zentrum zur Erforschung der Stütz- und Bewegungsorgane (Zesbo) an der Klinik für Orthopädie, Unfallchirurgie und Plastische Chirurgie des Universitätsklinikums Leipzig zusammen getan. Vorteile soll das Trainingssystem für mehrere Parteien bieten: Mehr Sicherheit für angehenden Ärzte bei der Ausübung von chirurgischen Handgriffen; die bestmögliche Versorgung für Patienten sowie Kostenvorteile für Kliniken, indem sich die OP-Zeiten durch besser ausgebildete Assistenzärzte verkürzen.

Das Projekt wird von Juli 2023 bis Dezember 2025 vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand (ZIM) mit 220.000 Euro gefördert.

Trainingssystem für häufige Tätigkeiten und neue Techniken

Der Fokus der Forschungsarbeiten liegt auf der Auslegung und der validen Repräsentierung der Reaktionskräfte während Knochen bearbeitet und Implantate in den Körper eingebracht werden. Dafür wird ein System zur Rückkopplung von Drehmomenten und axialen Kräften während häufig durchgeführter Handlungen, z. B. Bohren, Fräsen, Schrauben, Einschlagen von Implantaten, am Knochen nachgebildet. Die Wechselwirkungen der Werkzeuge und Implantate mit dem Knochengewebe werden simuliert. Währenddessen wird die umliegende Anatomie über Augmented- oder Virtual-Reality-Technologie dargestellt. So soll eine realitätsnahe Umgebung geschaffen werden.

Neue OP-Gebiete und OP-Techniken stehen ebenso im Mittelpunkt. So soll beispielsweise das Einsetzen von Pedikelschrauben in die Wirbelsäule geübt werden. Ortho-Mini-Games soll außerdem kurze Trainingseinheiten ermöglichen, bei denen keine technischen Spezialisten benötigt werden. „Die Übungen sollen möglichst einfach und kostengünstig in den Klinikalltag integriert werden können“, erklärt Dr. Mario Lorenz, wissenschaftlicher Mitarbeiter der Professur Produktionssysteme und -prozesse, der seit vielen Jahren in diesem Fachgebiet forscht.

Projektpartner bringen bereits gesammelte Erfahrungen ein

In einem früheren ZIM-Projekt entwickelten die Projektpartner einen VR-Trainingssimulator zum Ausfräsen des Acetabulums während einer Hüftgelenkersatz-Operation. Das daraus gewonnene Know-how konnte die Professur Produktionssysteme und -prozesse im KMU-Innovativ-Projekt Dynamic Hips einbringen. Hier wurden das Absägen des Femurkopfes, das Einschlagen der Hüftpfanne, das Ausraspeln des Femurs und das Einschlagen des Schaftes während einer Hüftgelenkersatz-OP virtuell trainiert.

Video des früheren Forschungsprojekts „Hips“

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