"Dynamic Hips" OP-Training dank VR: Chemnitzer Forscher entwickeln virtuelle Hüftoperationen

Wer operiert wird, hofft, dass der behandelnde Arzt möglichst gut ausgebildet wurde. Bei den über 200.000 Hüft-OP’s jährlich etwa ist präzises Arbeiten erforderlich – gleichzeitig aber ein hoher Kraftaufwand. Chemnitzer Forscher wollen Chirurgen deshalb mit Hilfe von Virtueller Realität trainieren.

Hüft-OP-Simulator
Virtuelle OP: MIt Hilfe eines Industrieroboters, eines Haptikgerätes und einer VR-Brille wird ein Operation simuliert. Bildrechte: TU Chemnitz

Oberschenkelkopf anschneiden, Hüftpfanne ausfräsen, Knochen ausraspeln, Implantat einsetzen – was wie aus einem Horrorfilm klingt, sind die medizinischen Schritte beim Einsetzen einer künstlichen Hüfte. Für Chirurgen eine große Herausforderung: Einerseits müssen sie sehr präzise vorgehen, andererseits aber auch viel Kraft aufwenden. Doch bisher fehlt es an Trainingsgeräten, Forscher aus Chemnitz wollen das ändern.

Ihre Idee: Mit Hilfe einer VR-Brille, eines Roboter und eines Haptikgerätes eine OP simulieren. "Solche Operationen sind ein Handwerk, dabei läuft viel übers Gefühl", sagt Mario Lorenz von der TU Chemnitz. Er hat das Projekt zur Entwicklung des Trainingssimulators mit initiiert. Bei anderen Projekten in der Richtung gehe es nur um Visualisierung, haptisches Erleben sei nicht erfahrbar.

Mehr als 200.000 Hüftprothesen

Grundsätzlich sollen die Übungsoperationen so realitätsnah wie möglich ablaufen. Dafür müssen den Chirurgen aber die gleichen Sinneswahrnehmungen vermittelt werden, wie bei einer echten OP – etwa den Widerstand des Knochens beim Raspeln und Sägen. Eine schwierige Aufgabe, doch sie ist wichtig, denn immerhin mehr als 200.000 Menschen erhalten in Deutschland pro Jahr ein Hüftprothese.

Der geplante Trainingssimulator soll schließlich aus einem Haptikgerät bestehen, das die chirurgischen Instrumente darstellt, aus einem Industrieroboter, der die Widerstände simuliert sowie aus einer VR-Brille. Neben dem Üben von Hüft-OP’s sehen die Initiatoren des Projekts noch einen weiteren Vorteil: Mit Hilfe des Simulators soll auch das gemeinsame Training über große Distanzen hinweg ermöglicht werden. Erfahrene Chirurgen können dadurch ihre medizinische Expertise an auszubildende Chirurgen weitergeben, ohne selbst vor Ort zu sein. Möglich sei damit auch der Transfer von medizinischer Expertise in Schwellen- und Entwicklungsländer.

Die Forscher aus Chemnitz haben sich unter anderem mit Kollegen von der Uni Bremen zusammengeschlossen, mit dabei ist auch die Firma "Fakt Software" aus Leipzig – ein regionales Unternehmen sitzt also auch mit im Boot. Bei den Leipzigern werden die Datenpakete gebündelt, die sich aus der Forschung der beteiligten Unis ergeben.

Fakt erstellt schließlich die virtuelle Simulation und ein Trainingskonzept. "Wir müssen letztlich dafür sorgen, dass eine bedienbare Software dabei heraus kommt", sagt Falk Möckel, einer der Geschäftsführer des Unternehmens. Grundsätzlich sei es sehr kompliziert, ein realitätsgetreues Modell von Patienten zu erstellen.

Fakt Software Das 2002 gegründete Unternehmen aus Leipzig entwickelt Software unterschiedlicher Art: Etwa im Bereich Automotive, Unterhaltung, medizinische Assistenzsysteme – und Virtuelle Realität. Insgesamt arbeiten 19 Menschen bei der Leipziger Softwareschmiede.

Gefördert wird das "Dynamic Hips"-Projekt vom Bundesministerium für Bildung und Forschung mit über zwei Millionen Euro. In Chemnitz wird schon seit rund 20 Jahren an Virtual Reality (VR) und Augmented Reality (AR) geforscht. 2016 startete das Vorgängerprojekt, im Mai dieses Jahres dann das aktuelle Forschungsvorhaben.

Eins schließt Mario Lorenz übrigens aus: Das durch den Simulator bald echte Operationen aus der Ferne ausgeführt werden. Der Simulator bleibe ein Simulator.

Projekt mit vielen Partnern Bei "Dynamic Hips" sind mehrere Universitäten und Unternehmen beteiligt: Neben den Forschern der Unis Chemnitz und Bremen auch die Cat Production GmbH aus München, der Haption GmbH aus Aachen und der Youse GmbH aus Berlin und „Fakt Software GmbH“ aus Leipzig.

Von medizinischer Seite wird das Projekt von der Klinik für Orthopädie, Unfallchirurgie und Plastische Chirurgie des Universitätsklinikums Leipzig, dem Zentrum zur Erforschung der Stütz- und Bewegungsorgane (ZESBO), dem Institut für makroskopische und klinische Anatomie der Medizinischen Universität Graz (Österreich) sowie der Medizintechnik-Abteilung des Fraunhofer Instituts für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU) in Dresden begleitet.

Dieses Thema im Programm: MDR FERNSEHEN | Umschau | 14. Juli 2020 | 20:15 Uhr