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Implantation eines Hüftgelenks virtuell üben

Damit Hüft-Operationen noch besser gelingen

| Autor: Susanne Ehneß

Forscher aus Chemnitz und Bremen haben einen Simulator für einen besonders kritischen Schritt bei der Implantation von Hüftgelenken entwickelt.

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Angehende Chirurgen können dank des Projekt „HIPS“ der TU Chemnitz künftig einen der kompliziertesten Schritte bei einer Hüft-OP virtuell üben.
Angehende Chirurgen können dank des Projekt „HIPS“ der TU Chemnitz künftig einen der kompliziertesten Schritte bei einer Hüft-OP virtuell üben.
(© Projekt HIPS)

Mehr als 200.000 Menschen erhalten laut TU Chemnitz in Deutschland pro Jahr eine Hüftprothese. Der Eingriff ist oft schwierig, besonders das Ausfräsen der Hüftpfanne (Acetabulums) vor dem Einsetzen einer künstlichen Hüfte – bisher habe sich dies laut TU Chemnitz nur schwer üben lassen. Nun haben die Forscher ein virtuelles Trainingssystem mit dem passenden Namen „HIPS“ („HüftImplantatPfannenfräsSimulator“) für eben diesen kritischen Moment entwickelt. Der Simulator könne zum einen in der Operationsplanung und zum anderen in der Chirurgen-Ausbildung zum Einsatz kommen.

Haptisches Feedback durch Roboter

Beim „HIPS“-System sehen Chirurgen durch eine VR-Brille die Hüfte des virtuellen Patienten und bedienen gleichzeitig eine Fräse, die an einen Roboter angeschlossen ist. Der Roboter liefert laut TU ein „realitätsgetreues haptisches Feedback, indem er beispielsweise beim virtuellen Fräsen den Widerstand simuliert, den der Knochen in einer realen OP aufweisen würde“.

Die Grundlage für diese Simulation sind reale Daten: Dafür vermaßen die Wissenschaftler den Fräsprozess genau und entwickelten auf dieser Grundlage entsprechende Logarithmen. Die Integration der so entstandenen Software-Module integrierte die FAKT Software GmbH in eine interaktive Anwendung, die auf einem anatomischen Modell in 3D der CAT PRODUCTION GmbH basiert.

Weitere OP-Schritte üben

Das Projekt lief über einen Zeitraum von drei Jahren und wurde durch das BMWi mit insgesamt rund 670.000 Euro gefördert. Aktuell ist eine Weiterentwicklung geplant, um weitere Operationsschritte abbilden zu können. Dann sollen angehende Chirurgen auch das Abtrennen des Hüftgelenkkopfes, das Ausschaben des Oberschenkelknochens und die Implantation des Kunstgelenkes in der virtuellen Realität trainieren können.

„Durch den erfolgreichen Projektabschluss von HIPS haben wir das weltweit erste chirurgische VR-Trainingssystem für nicht-minimalinvasive OPs mit haptischem Feedback entwickelt. Dieser Erfolg ist allerdings nur ein erster Schritt und motiviert uns als Projektteam sehr, weitere OP-Schritte virtuell trainierbar zu machen“, kommentiert Mario Lorenz von der TU Chemnitz, Initiator des Kooperationsprojekts.

Wie HIPS in der Praxis funktioniert, sehen Sie im Youtube-Kanal der TU Chemnitz:

Projektpartner

Neben der technischen Uni Chemnitz waren das Technologie-Zentrum Informatik und Informationstechnik (TZI) der Universität Bremen, die FAKT Software GmbH in Leipzig und der CAT Production GmbH in München beteiligt. Von medizinischer Seite wurde die Entwicklung von der Klinik für Orthopädie, Unfallchirurgie und Plastische Chirurgie des Universitätsklinikums Leipzig, dem Zentrum zur Erforschung der Stütz- und Bewegungsorgane (ZESBO), der Forschungsgruppe für klinische Anatomie der University of Otago (Neuseeland) sowie der Medizintechnik-Abteilung des Fraunhofer Instituts für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU) unterstützt.

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