VIRTOSHA - Virtual-Reality-Trainingsumgebung für chirurgische Operationen

Chirurgische Eingriffe erfordern nicht nur theoretisches Wissen, sondern vor allem präzise motorische erlernte Fähigkeiten und ein ausgeprägtes Gespür für Gewebe und Instrumente. Mit VIRTOSHA entsteht eine neuartige Virtual-Reality-Trainingsumgebung, die angehenden Chirurginnen und Chirurgen eine realitätsnahe und risikofreie Möglichkeit bietet, komplexe Operationen zu üben.

Ein zentrales Element des Projekts ist die Integration von haptischem Feedback, das ein spürbares Widerstandserlebnis bei der Nutzung chirurgischer Werkzeuge ermöglicht. Besonders bei Eingriffen an Knochen und Implantaten spielt die realistische Simulation von Bohr- und Schraubvorgängen eine entscheidende Rolle. Die Geräte des Industriepartners Haption GmbH und dessen Simulationssoftware sollen das freihändige Greifen und Loslassen von Instrumenten ermöglichen und somit ein realistisches haptisches Feedback ermöglichen.

Um die verschiedenen Trainingsszenarien umzusetzen, wird der Projektpartner Mindport GmbH ein leistungsfähiges Autorentool entwickeln, um das Training flexibel und individuell anpassbar zu gestalten. Dieses ermöglicht die Erstellung variabler OP-Szenarien, in denen Patienteneigenschaften und Abläufe dynamisch angepasst werden können. Grundlage dafür sind detaillierte Analysen realer Operationen, die das Verhalten von Gewebe, Implantaten und chirurgischen Instrumenten erfassen und in die Simulation einfließen lassen. Darüber hinaus sorgt das Universitätsklinikum Bonn (UKB) für eine präzise Handverfolgung/Handtracking dafür, dass natürliche Bewegungen nahtlos in die virtuelle Umgebung übertragen werden, wodurch die Immersion vertieft und der Trainingseffekt verstärkt wird.

Ein Kernstück wird der von der TH Köln entwickelte Digital Twin DataHub sein. Dieser dient dazu, die Komponenten der einzelnen Partner (Haption GmbH, Mindport GmbH, UKB & TH Köln) sinnvoll zu vernetzen und einen Austausch in Echtzeit zu ermöglichen.

Zusätzlich wird VIRTOSHA in enger Zusammenarbeit mit medizinischen Fachkräften am Universitätsklinikum Bonn (UKB) entwickelt. Diese stellen anschließend sicher, dass die Trainingsumgebung nicht nur technologisch fortschrittlich, sondern auch didaktisch wertvoll ist.

Die Aufgabe der TH Köln ist dabei die Entwicklung eines KI-basierten Simulationssystems, das es Anwenderinnen und Anwendern ermöglicht, chirurgische Eingriffe in menschliches Weichgewebe wie Knochen, Knochenhaut und Muskelgewebe realistisch zu trainieren. Dazu gehört auch die präzise Interaktion des Operationswerkzeugs mit dem simulierten Gewebe, um die Kraftrückkopplung der Haptik-Arme zu ermöglichen. In einem weiteren Arbeitspaket der TH Köln werden dann alle notwendigen Komponenten des VIRTOSHA Projekts im sogenannten Digital Twin DataHub zusammengeführt und verteilt. Dafür entwickelt die Forschungsgruppe u.a. einen Synchronisationsmechanismus für den Austausch aller Daten in Echtzeit und baut eine Referenzdatenbank auf, die für den Simulationsprozess genutzt werden kann.

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