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KI-basierte Simulation Virtosha: Angehende Chirurgen trainieren in der Virtual Reality

Verantwortliche:r Redakteur:in: Konstantin Pfliegl 2 min Lesedauer

Die Uniklinik Bonn entwickelt mit Virtosha ein KI-basiertes Simulationssystem für chirurgische Eingriffe in menschlichem Weichgewebe. Künftige Chirurgen bereiten sich damit etwa auf Knochenoperationen vor.

(Bild: Robert Kneschke / AdobeStock)
(Bild: Robert Kneschke / AdobeStock)

Die Ausbildung von Chirurgen ist lange und aufwendig. Mithilfe von Virtual Reality (VR) besteht die Möglichkeit, OP-Situationen wirklichkeitsnah abzubilden und Trainings risikofrei mit virtuellen Patienten zu erproben. Doch aktuelle Trainings-Verfahren stoßen in der Praxis jedoch noch an ihre Grenzen, da vor allem das haptische Feedback ausbleibt, also die spürbare Rückmeldung über Finger oder Hand. Ziel des Projekts Virtosha (Autorenwerkzeug für Virtual Reality Trainingssimulationen von Osteosynthese mit haptischem Feedback und Gewebesimulation) ist die Entwicklung einer VR-Trainingsumgebung für ein realitätsgetreues Empfinden bei chirurgischen Operationen.

Angehende Chirurgen müssen in ihrer Ausbildung erfahren, wie sich Operationen anfühlen und ihre Feinmotorik trainieren.

PD Dr. Kristian Welle, Universitätsklinikum Bonn

„Angehende Chirurgen müssen in ihrer Ausbildung erfahren, wie sich Operationen anfühlen und ihre Feinmotorik trainieren“, erklärt PD Dr. Kristian Welle, Leitender Oberarzt am Universitätsklinikum Bonn (UKB), der das Projekt mitverantwortet. „Daher entwickeln wir ein neues VR-Ausbildungs-Tool, das eine lebensechte Interaktion mit den Werkzeugen ermöglicht.“ Man konzipiere mit Virtosha dafür eine Bohr- und Schraubensimulation mit Haptik-Armen, einen Roboter mit Greifarmen, und werde die Merkmale verschiedener Gewebearten implementieren. So könne der Widerstand beim Bohren und Schrauben in den Knochen spürbar gemacht und Eingriffe realitätsgenau trainiert werden.

Virtosha simuliert unterschiedliche Patienten

Durch die Analyse von echten Operationen werden die Schritte und Optionen eines Eingriffs, das Verhalten von Gewebe, Implantaten und Operationswerkzeugen sowie das haptische Feedback, also die spürbare Rückmeldung über Finger oder Hand, erfasst. Verschiedene Prozesse und Avatare, also virtuelle Darstellungen von Personen, können miteinander verbunden werden, um neue Übungsabläufe zu erstellen und die Zusammenarbeit der interdisziplinären OP-Teilnehmenden zu schulen. 

Das Team der TH Köln, das an Virtosha beteiligt ist, entwickelt das KI-basierte Simulationssystem, mit dem die Anwender beim Training die Eingriffe in menschliches Weichgewebe wie Knochen, Knochenhaut und Muskelgewebe realistisch nachstellen können. Zudem berechnen die Forscher, wann die Operationswerkzeuge auf das simulierte Gewebe treffen, um die Kraftrückkopplung der Haptik-Arme zu optimieren.

An dem Forschungsvorhaben Virtosha sind die MindPort GmbH als Konsortialführer, das Universitätsklinikum Bonn (UKB), die TH Köln und die Haption GmbH beteiligt. Das Projekt wird im Rahmen des Innovationswettbewerbs Gesünder.IN.NRW mit 1,5 Millionen Euro gefördert. Die Laufzeit beträgt drei Jahre.

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