Chirurgen am Joystick

Entwicklung eines haptisch-visuellen Lernsystems für chirurgische Eingriffe

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 einigen wenigen 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.

Virtueller Patient zum Anfassen

Hierbei 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 Arm das Gefühl simuliert, durch weiches Gewebe oder harten Knochen zu bohren. Im Modell 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

Neben der haptisch-virtuellen Trainingsumgebung ist ein weiterer elementarer Baustein des Demonstrators das integrierte Lernprogramm. Dieses wird als »serious game« aufgebaut, enthält somit zusätzlich zu theoretischen und praktischen Lerninhalten 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 Chirurgs kann möglich sein. Die angehenden Fachchirurgen werden so spielerisch an die Operationstechniken herangeführt.

Die Rolle der Fraunhofer SCS

Aufgabe der Fraunhofer-Arbeitsgruppe SCS 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 noch während der Entwicklung des Prototypen einfließen und umgesetzt werden können.

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