VR和轻型机器人模拟髋关节置换

研究人员的首要目标是提高专科医生的培训，正如Lorenz强调的那样:“今天，专科医生在培训中实践的是幻影，也就是人造骨头。然而，材料的行为并不能很好地反映真实的材料行为，事实上，这也适用于捐献的骨骼材料——在医学培训和研究中是一种罕见和极其宝贵的资源。”

训练中的专科医生必须在他们被要求执行铣削步骤之前协助许多手术。“如果在关键时刻到来之前，接受培训的医生已经进行了几次尽可能接近真实情况的模拟，不是更好吗?”难道不应该给他们一个机会，让他们发展对程序的必要感觉，建立自信，并允许他们从错误中学习吗?”,洛伦兹问道。洛伦兹指出，在微创手术(如锁眼干预)中，虚拟现实训练已经存在了大约20年，并补充道:“对于需要高强度的手术，目前还没有这种模拟产品，无论是商业上还是研究上。”

HIPS用户可以通过VR眼镜看到虚拟病人的臀部，同时他们操作一个连接到一个轻量级机器人BR iiwa的外科铣削设备。使用者必须磨碎髋关节的髋臼——这是一件很难教、训练和学习的事情。该机器人通过模拟真实骨骼的阻力来传递直接的触觉反馈。因此，用户获得了一个更好的感觉力量在工作和可以工作的区域。

研究

仿真是基于真实数据进行的。为了计算铣削髋关节时的力和扭矩，研究人员对解剖标本进行了生物力学测试。“我们发现我们要处理的是200牛顿。当外科医生对髋臼施加压力时，就需要这个力。当机器停止时，施加在外科医生手腕上的力在20到50牛顿之间，这取决于手腕的大小。”Lorenz报告说。

根据这些测量数据，德国不来梅大学的研究人员设计了一种材料模型，允许外科医生在一毫秒内计算出手术铣削器械与髋臼的接触点以及存在的力。

在下一步，一个软件模块的特点是FAKT软件有限公司集成的用户界面开发。结果是一个基于解剖模型的交互式应用程序，由CAT生产公司创建了解剖三维模型和虚拟OR。

Chemnitz技术大学的团队开发了与机器人手臂的接口，以“告诉”机器人它必须模拟的力。“最初，该机器人被认证可以在车间进行人机协作任务。我们设法利用现有的界面，在保持认证的同时，为用户提供触觉反馈。”Lorenz解释说。

这个项目

为期三年的HIPS项目获得了德国联邦经济和能源部(BMWi) 67万欧元的资助。该项目由Chemnitz技术大学机床系主任、不来梅大学计算机图形学和虚拟现实研究所、莱比锡FAKT软件公司和慕尼黑CAT生产公司组成。

医疗发展合作伙伴是ZESBO(肌肉骨骼系统研究中心)莱比锡大学医院的矫形、创伤和整形外科诊所，新西兰奥塔哥大学临床解剖学研究团队，以及弗劳恩霍夫机床和成形技术研究所的医疗技术系。

简介:
2011年，Mario Lorenz在德国的Westsächsische Hochschule Zwickau完成信息学课程后，在前一年，他被Chemnitz技术大学机械工具主任任命为VR和增强现实(AR)领域的助理。自2016年以来，他还在莱比锡大学医院的骨科、创伤和整形外科诊所担任客座科学家。他的研究重点是VR和AR技术在生产和医疗培训中的应用。

您是来自emtech生态系统的专业人士，有兴趣与Tectales的嘉宾分享您的技术故事吗?联系我们:editorial@www.lzdntxqz.com．