髋关节植入模拟器的虚拟手术培训

与一个人口老龄化的数量髋关节置换手术随着对训练有素的矫形外科医生的需求增加。外科手术需要精确性和体力，目前的训练依赖于捐赠者的身体和动物，然后初级外科医生才能在有经验的同事监督下在手术室进行干预。

”的使用虚拟现实(VR)结合触觉模拟将使未来的外科医生实践是必要的干预,而无需依靠捐赠或动物尸体,没有把真正的病人处于危险之中,“马里奥•洛伦兹博士说机床研究所副研究员和生产流程技术大学(国际写作计划)(TU)开。该模拟器的设计是为了补充现有的培训方法，节约稀缺的培训资源。

动态HIPS是于2019年完成的HIPS (HüftImplantatPfannenfräsSimulator)的后续项目。“在髋关节手术结束时，我们已经开发了一个技术上功能齐全的系统，能够模拟磨臼和植入置换髋关节触觉反馈在虚拟现实中，”洛伦茨解释道。但有些地方出了问题，他补充道:“当把磨机放在骨头上时，硬接触必须是由机器人在几毫秒内，让外科医生看到真实的情况。”然而，在第一次临床试验中，这种触觉反馈超出了科学家们的设想。

项目的目标是

这就是Dynamic HIPS诞生的原因，Lorenz说:“我们希望开发一种触觉模拟器，为外科医生提供与真实手术相同的感觉体验。最重要的是，我们想要绘制出锯或磨骨头时起作用的力。”

除了打开身体和闭合伤口，研究人员希望在他们的扩展模拟器中包括髋关节置换手术的所有步骤——用骨锯移除股骨头，塑造窝，并将植入物放置在重塑的窝中。

在真实的手术室中，外科医生对股骨和髋臼进行操作，以适应植入物。在虚拟手术室中，外科医生看到虚拟的身体并“感觉”它，因为工具会给出机械反馈。科学家们想要确定在这一过程的每一步中所产生的力、力矩和速度。在这些数据的基础上，他们计划开发一个机械手臂，并进一步优化目前的触觉工具。首先，项目合作伙伴创建一个数学模型，更精确地模拟阻力和骨组织去除。

此外，该团队的目标是开发一个虚拟手术室，在那里，接受培训的外科医生由经验丰富的资深医生监督。这种远程培训可以远距离进行，并将有助于向新发达国家和发展中国家转让知识。“我们想要一个协同的多用户系统，”Lorenz说。为此，项目合作伙伴正在开发一个数学模型，以更精确地模拟骨骼上的阻力和材料去除。

目前的结果

由于冠状病毒大流行造成的旅行限制，材料测试不得不推迟到2021年秋季。尽管如此，项目合作伙伴能够完成所有单独的组件，Lorenz解释说:“我们希望能够加入所有组件，到2022年春季完全完成我们的扩展原型。”

项目合作伙伴

除了开姆尼茨工业大学，不来梅大学和几家公司也参与了该项目。FAKT Software GmbH将集成这些组件，建立培训系统和多用户系统。CAT Production GmbH开发了病人解剖和手术室的3D模型。Haption GmbH将提供一个增强的触觉系统和一个用户安全模块。

YOUSE GmbH将确保项目以用户为中心的方法，并监测ELSI，即动态HIPS的伦理、法律和社会影响。

该项目的医学专家包括莱比锡大学医院骨科、创伤和整形外科、肌肉骨骼系统研究中心(ZESBO)、奥地利格拉茨医科大学宏观和临床解剖学部，以及弗劳恩霍夫机床和成形技术研究所(IWU)医学技术部。

简介:
2010年在Westsächsische Hochschule Zwickau完成计算机科学课程后，马里奥·洛伦茨于2020年在莱比锡大学获得博士学位。自2011年起，他在开姆尼茨工业大学(TU Chemnitz)的生产系统和流程主席担任VR和AR研究助理。此外，他是莱比锡大学医院整形外科、创伤和整形外科的研究员(自2016年以来)，格拉茨医科大学宏观和临床解剖学部的研究员(自2020年以来)。

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