Entwicklung eines haptisch-visuellen Lernsystems für chirurgische Eingriffe

Chirurgen am Joystick

Foto Mock-Up HaptiVisT – Haptisch-visuelles Training von Cochlea-Implantationen — © Fraunhofer IIS

Chirurgen stehen häufig vor der Herausforderung, an feinsten knöchernen Strukturen operieren zu müssen, ohne dabei jedoch Risikostrukturen wie Nerven oder Blutgefäße verletzen zu dürfen. Diese Fähigkeiten zu erlangen, erfordert jahrelanges, teilweise berufsbegleitendes Training, das oft nur an wenigen spezialisierten Krankenhäusern durchgeführt werden kann. Damit dieses wichtige Training in Zukunft an mehr Standorten und ohne Risiko für Patienten stattfinden kann, wird im Projekt »HaptiVisT« ein haptisch-visuelles Trainingssystem für Chirurgen entwickelt. Diese konkrete Interaktion zwischen Mensch und Technik besitzt einen hohen gesellschaftlichen Wert, da diese digitale Fortbildungsmaßnahme auch in kleineren Klinken einsetzbar ist und so einen wichtigen Beitrag zur Ausbildung von Chirurgen leistet.

Virtueller Patient zum Anfassen

Das Forschungsprojekt zielt darauf ab, medizinische Aufnahmen wie CT und MRT zu nutzen, um als Ergänzung zu vorhandenen Aus- und Fortbildungsmöglichkeiten zu dienen. »HaptiVisT« realisiert zunächst das Training für die minimalinvasive Handchirurgie und Cochlea-Implantationen am Innenohr.

In der Anwendung wird auf einem autostereoskopischen Monitor bspw. das 3D-Modell einer Hand gezeigt. Der angehende Chirurg ergreift dann einen Bohrer, der an einem mechanischen Arm wie im Bild dargestellt montiert ist, und bohrt mit diesem sozusagen in das virtuelle 3D-Modell hinein – dabei wird durch den mechanischen Arm das Gefühl simuliert, durch weiches Gewebe oder harten Knochen zu bohren. Auf dem Monitor wiederum werden der Weg des Bohrers sowie eventuelle Risikostrukturen angezeigt. Der Übende hat so die Möglichkeit, eine virtuelle Operation so oft zu wiederholen, bis er die jeweilige Prozedur fehlerfrei beherrscht. Es sind zunächst zwei verschiedene Übungsszenarien angedacht: einmal das Bohren an einem gebrochenen Handknochen und einmal das Einsetzen eines Cochlea-Implantats.

Spielend operieren

Das integrierte Lernprogramm ist ein weiterer elementarer Baustein des Trainingssystems: Dank des sogenannten »Serious Games« besitzt »HaptiVisT« einen immersiven didaktischen Gehalt für Chirurgen und schließt so die Lücke zur praktischen Anwendung am Patienten. Zusätzlich zu theoretischen und praktischen Lerninhalten enthält »HaptiVisT« zudem spielerische Elemente – es gibt unterschiedliche Level und Schwierigkeitsstufen, man bekommt Punkte für gute Leistung oder Punktabzug für Fehler. Auch der Vergleich der eigenen Leistung mit der eines erfahrenen Chirurgen kann möglich sein. Die angehenden Fachchirurgen werden so spielerisch an die Operationstechniken herangeführt.

Innovation und Perspektiven

Die Aufgabe der Fraunhofer-Arbeitsgruppe SCS des Fraunhofer IIS im Projekt »HaptiVisT« ist es, das Trainingssystem in seiner Gesamtheit zu evaluieren. Zu diesem Zweck wird ein Framework entwickelt, das Evaluationskriterien, -methoden und –vorgehensweisen enthält und einen Leitfaden zur Evaluation haptisch-visueller Trainingssysteme darstellen soll. Durch frühzeitige Anwendung dieses Frameworks können aussagekräftige Informationen gewonnen werden, die die Entwicklung des Prototypen in die entscheidende nutzerzentrierte Richtung lenken. Dies soll prozessbegleitend geschehen, damit Ergebnisse aus der Evaluation direkt in die Entwicklung des Prototypen einfließen und umgesetzt werden können. Das Trainingssystem ist nicht auf wenige, spezialisierte Zentren beschränkt, sondern lässt sich auch auf kleinere Kliniken im ländlichen Raum ausdehnen. Eine derartige Verbreitung dieser praxisnahen Aus- und Fortbildungsmaßnahme für Chirurgen kann einen wichtigen Beitrag leisten und dem Facharztmangel entgegenwirken.

Unsere Projektpartner

szenaris GmbH in Bremen
SeeFront GmbH Hamburg
Ostbayrische Technische Hochschule Regensburg
Universität Leipzig (Universitätsklinikum AöR)
Universitätsklinikum Regensburg

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