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Chemnitzer Maschinenbauer erhalten DIVR-Award

Professur Werkzeugmaschinenkonstruktion und Umformtechnik wird für ihre Virtual-Reality-Simulation einer Hüft-Operation vom Deutschen Institut für Virtual Reality (DIVR) ausgezeichnet

Am 23. Mai 2019 überreichte das Deutsche Institut für Virtual Reality (DIVR) den Wissenschaftlern Mario Lorenz und Sebastian Knopp von der Technischen Universität Chemnitz im Rahmen der „VR Science & Business Days“ in Gelsenkirchen den Preis in der Kategorie „best tech“. Die Fachjury zeigte sich von der technischen Realisierung des Projektes „HüftImplantatPfannenfräsSimulator“ (HIPS) besonders beeindruckt. Sie lobte die hervorragende Qualität, den hohen technologischen Innovationsgrad und den gesellschaftlichen Impact der Virtual-Reality-Simulation, die für die Ausbildung von Chirurginnen und Chirurgen entwickelt wurde. „Die Auszeichnung ist für uns eine große Ehre und zeigt die Wertschätzung unserer Arbeit“, sagt Dr. Philipp Klimant, geschäftsführender Oberingenieur der Professur Werkzeugmaschinenkonstruktion und Umformtechnik der TU Chemnitz. „Der Preis bestätigt uns, dass es richtig war, dieses Forschungsgebiet in den letzten Jahren auszubauen.“

Virtuell aus der Hüfte kommen

Das Fräsen an der Hüfte ist in der praktischen Ausbildung bisher schwer zu vermitteln und zu erlernen. Unter realen Bedingungen benötigt die Chirurgin beziehungsweise der Chirurg dafür viel Kraft und muss gleichzeitig mit hoher Präzision arbeiten. Zudem ist die zu bearbeitende Stelle an der Hüftpfanne kaum zu sehen, sodass sich der Operateur ganz auf sein Gefühl verlassen muss. Die an der TU Chemnitz entwickelte VR-Anwendung „HIPS“ simuliert diesen äußerst anspruchsvollen Schritte während einer Operation für einen Hüftgelenksersatz. Die angehenden Medizinerinnen und Mediziner können so das Ausfräsen des sogenannten Acetabulums (Hüftpfanne) in der virtuellen Welt mit haptischem Feedback durch den KUKA Leichtbauroboter „LBR iiwa“ üben.

Durch das Zusammenspiel aus VR-Simulation und Leichtbauroboter wird dem Übenden durch eine haptische Rückkopplung ein Gefühl für Kräfte und Fräsgrenzen vermittelt. In der Simulation können Handgriffe so lange wie nötig geübt werden. „Chirurgische Virtual-Reality-Trainingssimulatoren für normale nicht-minimal invasive OPs existierten bis dato nicht, da es einfach nicht möglich war, die benötigten Kräfte zu simulieren. Wir sind daher sehr stolz, durch den Einsatz des Leichtbauroboters den ersten Schritt zum virtuellen Training von Hüft-OPs gegangen zu sein“, erläutert Mario Lorenz, Initiator des Kooperationsprojekts innerhalb des Zentralen Innovationsprogrammes Mittelstand. Das Projekt wird im Rahmen des „Kunstgelenk – Netzwerks Endoprothetik“ vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert.

Kooperationsprojekt geht in die nächste Phase

Seit 2016 arbeiten die Chemnitzer Forscher gemeinsam mit der Universität Bremen, der FAKT Software GmbH in Leipzig und der CAT Production GmbH in München an diesem Thema. Von medizinischer Seite wird die Entwicklung von der Klinik für Orthopädie, Unfallchirurgie und Plastische Chirurgie des Universitätsklinikums Leipzig, dem Zentrum zur Erforschung der Stütz- und Bewegungsorgane (ZESBO), der Forschungsgruppe für klinische Anatomie der University of Otago (Neuseeland) sowie der Medizintechnik-Abteilung des Fraunhofer Instituts für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU) begleitet. 

Um den Virtual-Reality basierten Trainingssimulator mit haptischem Feedback auszubauen, beantragen die beteiligten Akteure noch in diesem Jahr das Projekt „Dynamic HIPS“. Darin sollen weitere, besonders kritische Operationsschritte, wie das Abtrennen des Hüftgelenkkopfes, das Ausschaben des Oberschenkelknochens und die Implantation des Kunstgelenkes, virtuell trainierbar werden.

Multimedia: Im YouTube-Kanal der TU Chemnitz sind zwei Videos zum Forschungsprojekt verfügbar. Ausführliche Präsentation: bit.ly/HIPS_TUC / Kurz-Portrait: bit.ly/HIPS_kurz / There is an english version of the video available too: bit.ly/Project_HIPS

Weitere Informationen erteilt Mario Lorenz, Professur für Werkzeugmaschinenkonstruktion und Umformtechnik, Institut für Werkzeugmaschinen und Produktionsprozesse, Telefon 0371 531-39366, E-Mail mario.lorenz@mb.tu-chemnitz.de

Mario Steinebach
28.05.2019

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