Hüftendoprothesen: OP virtuell und mit Gefühl trainieren

Chirurgen können Operationen nur eingeschränkt üben, bevor sie im OP stehen. Bei der Implantation einer Endoprothese ist ein gutes Training aber dringend notwendig, da hier Kraft und Maßarbeit gefragt sind. Helfen könnte der Simulator aus dem Projekt „Dynamic HIPS“, der nicht nur eine virtuelle Umgebung für die Operation schafft, sondern auch ein realistisches haptisches Feedback gibt.

Im Interview mit MEDICA.de spricht Dr. Mario Lorenz über die Entwicklung eines durch Virtual Reality (VR) unterstützten Simulators, an dem die Implantation von Hüftendoprothesen trainiert werden kann.

Herr Dr. Lorenz, was ist das Ziel des Projekts "Dynamic HIPS"?

Dr. Mario Lorenz: Wir entwickeln einen Simulator für Hüftendoprothetik-Operationen. Der Anwender operiert dabei nicht nur in einer VR-Umgebung. Der Simulator wird auch ein haptisches Feedback geben, also den Anwender die Kräfte spüren lassen, die während der OP wirken.

Das Zielpublikum sind Ärzte in der Facharztausbildung zum Unfall- oder orthopädischen Chirurgen. Mit einem solchen Simulator können sie virtuell die Operation trainieren, bevor sie den Eingriff unter Supervision das erste Mal selbst durchführen – ganz ohne den Einsatz einer humanen Körperspende oder eines Tiermodells. Der Simulator soll dabei nicht als Ersatz dienen, sondern als Ergänzung, und solche Ressourcen in der Lehre schonen.

Der Simulator wird als "dynamisch" bezeichnet. Was verstehen Sie darunter?

Lorenz: Im Vorgängerprojekt haben wir nur einen Teil der OP simuliert: das Ausfräsen der Hüftpfanne. Mit dem neuen Simulator gehen wir auch die weiteren Schritte der OP an, insbesondere das Einschlagen der Prothesen. Das ist ein hochdynamischer Prozess mit großen Impaktkräften. Es ist unsere größte Herausforderung, dieses Einschlagen zu simulieren.

Im Fokus des Projekts steht der Einsatz von Hüftendoprothesen. Mit der passenden Adaption könnte die Technologie aber auch für die Simulation anderer Gelenkersatz-OPs genutzt werden.

Welches Szenario stellt der Simulator genau dar?

Lorenz: Den Einsatz einer Primärendoprothese, also keine Revisions-OP. Die Eröffnung des Gelenks und das Verschließen der Operationswunde sind nicht enthalten, aber alle Schritte an Knochen und Gelenk. Das sind das Ausrenken des Gelenks und das Abschneiden des Gelenkkopfes, das Ausfräsen der Pfannenseite und das Einschlagen der Implantatpfanne und des Implantat-Inlays.

Auf der Seite des Oberschenkelknochens ist es das Ausschaben des Markraums und das Einschlagen von Raspeln verschiedener Größe, um Platz für Implantatschaft zu schaffen. Dann wird der finale Implantatschaft eingeschlagen, eventuell noch mit einem Probekopf, um den Sitz der Prothese zu prüfen und zu justieren. Dann kommen der finale Kopf und das Einrenken des neuen Gelenks.

Wie erreichen Sie ein realistisches haptisches Feedback?

Lorenz: Im Vorgängerprojekt haben wir bereits biomechanische Versuche an der Hüftgelenkspfanne durchgeführt und dabei die involvierten Kräfte und Drehmomente gemessen. Für die weiteren Schritte der OP wollen wir von Oktober an auch Messungen am Oberschenkelknochen durchführen. Das wird zusammen mit unserem Partner, dem Institut für makroskopische klinische Anatomie an der Medizinischen Universität Graz, stattfinden. Diese Ergebnisse werden wir dann nochmals mithilfe von erfahrenen Chirurgen überprüfen.

Das Projekt läuft jetzt seit rund elf Monaten. Was sind Ihre bisherigen Zwischenergebnisse?

Lorenz: Wir haben für viele Teilbereiche schon die Grundlagen geschaffen. Es gibt ein grobes Trainings- und Ablaufkonzept, erste Details für Fehlerfeedbacks, die wir geben möchten, und die grundlegende Synchronisierung für einen Multi-User-Modus, über den Teilnehmer sich auch ortsunabhängig verbinden und die VR-Umgebung gemeinsam nutzen können. Die Planung für die ausstehenden biomechanischen Messungen ist abgeschlossen. Die Hauptarbeit wird in den nächsten zwölf Monaten stattfinden, in denen wir alle Teilbereiche fertig entwickeln und verbinden wollen. In einem Jahr soll ein Prototyp für die Evaluation durch Chirurgen bereitstehen.