Virtuelle Realität zur Unterstützung der Ausbildung von Chirurgen

Virtuelle Realität zur Unterstützung der Ausbildung von Chirurgen
Virtuelle Realität zur Unterstützung der Ausbildung von Chirurgen
Anonim

Zukünftige Chirurgen werden in der Lage sein, heikle Operationen zu üben, bevor sie jemals einen lebenden Patienten berühren.

Ein Virtual-Reality-System (VR) befindet sich in der Entwicklung, das es angehenden Chirurgen ermöglicht, ein hochauflösendes 3D-Bild eines menschlichen Körpers zu sehen, das auf beliebige Dimensionen skaliert ist. Während sie ein Verfahren durchlaufen, spüren sie den Druck eines Instruments, wenn es durch Gewebe schneidet. Sie werden wissen, wenn sie einen Knochen getroffen oder eine falsche Bewegung gemacht haben.

Das System wird eine Anwendung der revolutionären Haptic (Touch Feedback) Workbench sein, die von CSIRO und dem Advanced Computational Systems Cooperative Research Center (ACSys) entwickelt wurde.

Die Haptic Workbench ist in der Lage, den Tastsinn zu simulieren, sodass der Bediener das virtuelle Objekt sowohl fühlt als auch sieht.

"Was das System wirklich besonders macht, ist, dass die angezeigten Objekte gefühlt und manipuliert werden können. Es ist dieser 'haptische' Aspekt, der es ermöglicht, heikle und kritische Vorgänge realistisch zu simulieren", sagt CSIRO-Wissenschaftler Duncan Stevenson.

Die Technologie ist von großem Interesse für das Royal Australasian College of Surgeons (RACS), das ein Trainingszentrum für virtuelle Chirurgie plant.

"Bei einer kürzlichen Demonstration waren RACS-Mitglieder erstaunt, als sie spürten, wie eine Spritze durch Haut und Vene platzte und sie sich dann mit Blut füllte, weil sie so lebensecht war", sagt Herr Stevenson.

Während der "Operationen" können die Fortschritte der Auszubildenden überwacht werden, indem der Druck und Winkel der Einschnitte, Gewebeschäden und andere Indikatoren mit einer derzeit nicht möglichen Genauigkeit gemessen werden.

"Chirurgen werden genau wissen, an welchen Aspekten der Chirurgie sie arbeiten müssen", sagt Herr David Storey vom RACS. "Das wird ein enormer Vorteil sein."

Herr Storey sagt, dass die chirurgische Ausbildung durch diese Technologien revolutioniert wird.

"Chirurgen sind natürlich sehr gut mit aktuellen Methoden ausgebildet, aber die VR-Lösung wird weniger Zeit und Ressourcen kosten und einige revolutionäre Möglichkeiten bieten."

"Durch die Verwendung echter Patientendaten zur Generierung des virtuellen Bildes kann ein Chirurg einen komplexen chirurgischen Eingriff an einer präzisen Simulation eines einzelnen Patienten proben."

"Erfahrene Chirurgen werden in der Lage sein, ihre Fähigkeiten auf den neuesten Stand zu bringen, sodass neue, lebensrettende Operationstechniken früher eingeführt und breiter angewendet werden können."

Die Werkbank kombiniert ein gespiegeltes 3D-Bildgebungssystem mit einem Roboterarm, der sowohl Eingabe- als auch haptisches Feedback-Gerät ist.Mit einer 3D-Brille sitzt der Nutzer an der Werkbank und greift nach dem Instrument am Ende des Roboterarms. Dieses Instrument kann die Form eines Stifts, eines Werkzeugs, eines Skalpells oder irgendetwas annehmen, das das System so programmiert.

Leistungsstarke Miniaturmotoren, die steuern, wie der Roboterarm auf Bewegungen reagiert, erzeugen einen Widerstand, der dem Benutzer das Gefühl gibt, wirklich ein Objekt oder eine Person zu berühren.

"Der Arm ist tatsächlich stärker als du. Wenn also die Software sagt, dass du etwas nicht tun kannst – wie zum Beispiel die Nadel durch den Knochen stechen – gibt es einfach keine Möglichkeit, den Arm dazu zu zwingen."

Herr Stevenson sagt, dass kein System ohne haptisches Feedback erwarten kann, die Realität genau nachzuahmen.

"Hast du jemals versucht, deinen Namen auf ein Stück Papier zu schreiben, das du senkrecht in die Luft hältst? Es ist fast unmöglich! Aber wenn du erst einmal etwas hast, wogegen du dich wehren kannst, ist es einfach."

Das 3D-Spiegelsystem bedeutet, dass Objekte auf der Bank statt auf einem Computermonitor zu sitzen scheinen, was den Realismus erheblich steigert.

"Nur die beteiligten Hände sorgen für ein konzentrierteres Erlebnis", sagt Duncan Stevenson. "Der Geist wird nicht durch unnötige Eingaben abgelenkt, so dass eine präzisere Konzentration möglich ist - genau wie die intensive Konzentration, die im Operationssaal erforderlich ist."

Das Forschungsteam hat noch viel Arbeit vor sich, bevor das VR-Training von Chirurgen zur Routine wird.

"Wir müssen eine riesige Menge anatomischer und physikalischer Daten erfassen, um die 3D-Körperbilder zu erstellen", sagt Herr Stevenson, "dann müssen die Softwaresysteme für bestimmte Arten von Operationen entwickelt werden."

Viele andere potenzielle Anwendungen für diese haptischen VR-Systeme gibt es in Bereichen wie Design, Fertigung, Bergbau, Luft- und Raumfahrt, Chemie und Biotechnologie.

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