**TH Köln entwickelt KI-gestütztes Simulationssystem für die Schulung von Eingriffen in menschlichem Weichgewebe**

Die umfassende und anspruchsvolle Ausbildung von Chirurg*innen zielt darauf ab, sie optimal auf die Durchführung komplexer Eingriffe, wie etwa Knochenoperationen, vorzubereiten. Der Einsatz von Virtual Reality (VR) ermöglicht es, OP-Szenarien realitätsnah zu simulieren und risikofrei mit virtuellen Patient*innen zu trainieren. Allerdings stoßen gegenwärtige Verfahren in der Praxis oft an ihre Grenzen, da das haptische Feedback – die spürbare Rückmeldung durch die Hände – fehlt. Das Projekt VIRTOSHA, das von einem Konsortium aus dem Universitätsklinikum Bonn (UKB), der Technischen Hochschule Köln (TH Köln), der MindPort GmbH als Projektleiter und der Haption GmbH durchgeführt wird, hat sich zum Ziel gesetzt, eine VR-Trainingsumgebung zu schaffen, die ein authentisches Empfinden bei chirurgischen Eingriffen ermöglicht.

Laut PD Dr. Kristian Welle, leitender Oberarzt am UKB, ist es für angehende Chirurg*innen wichtig, das Gefühl von Operationen zu erleben und ihre Feinmotorik zu trainieren. Deshalb wird ein neues VR-Tool entwickelt, das eine realistische Interaktion mit chirurgischen Instrumenten ermöglicht. Dazu gehören eine Bohr- und Schraubensimulation mit haptischen Armen sowie ein Roboter mit Greifarmen, wobei auch die Eigenschaften verschiedener Gewebearten integriert werden sollen. So kann der Widerstand beim Bohren und Schrauben in den Knochen spürbar gemacht und Eingriffe realitätsgetreu trainiert werden.

Die Analyse echter Operationen dient dazu, die Abläufe, Optionen, das Verhalten von Gewebe und Implantaten sowie das haptische Feedback zu erfassen. Verschiedene Prozesse und Avatare können verknüpft werden, um neue Übungsabläufe zu entwickeln und die Zusammenarbeit im interdisziplinären OP-Team zu schulen. Prof. Björn Krüger, Leiter der Forschungsgruppe „Personalisierte digitale Gesundheit und Telemedizin“ am UKB, betont die Bedeutung einer realistischen Darstellung von Gewebe und Knochen sowie der präzisen Integration der Handbewegungen für das reale Empfinden in der VR-Umgebung.

Das Team der TH Köln arbeitet an einem KI-gestützten Simulationssystem, mit dem Nutzer*innen realistische Eingriffe in menschliches Weichgewebe, wie Knochen, Knochenhaut und Muskelgewebe, nachstellen können. Die Forschenden ermitteln, wann die Operationswerkzeuge auf das simulierte Gewebe treffen, um die Kraftrückkopplung der haptischen Arme zu optimieren. Prof. Dr. Arnulph Fuhrmann vom Institut für Medien- und Phototechnik der TH Köln hebt hervor, dass das Team seine umfassende Expertise in der Anwendung haptischer Technologien und der Echtzeitsimulation von deformierbaren Materialien in das Projekt einbringt.

David Lähner, Gründer und Geschäftsführer von MindPort, weist darauf hin, dass in der Vergangenheit bereits mehrfach versucht wurde, chirurgische Abläufe mit Virtual Reality zu trainieren. Nun wird ein neuer Ansatz verfolgt: Mithilfe eines integrierten Autorenwerkzeugs sollen Chirurg*innen in der Lage sein, eigene Inhalte zu erstellen und bestehende Inhalte zu aktualisieren, wodurch eine breitere Palette an Fällen abgedeckt werden kann. Langfristig wird angestrebt, dass an einem digitalen Zwilling des Patienten in der virtuellen Umgebung geübt werden kann, bevor der echte Eingriff erfolgt.

PD Dr. Kristian Welle fügt hinzu, dass dieser Ansatz nicht nur für die Ausbildung neuer Kolleg*innen von Interesse ist, sondern auch die Einführung neuer Implantate erheblich erleichtern wird.

**Über das Projekt**
Das Forschungsvorhaben VIRTOSHA (Autorenwerkzeug für Virtual Reality Trainingssimulationen von Osteosynthese mit haptischem Feedback und Gewebesimulation) wird von der MindPort GmbH als Konsortialführer, dem Universitätsklinikum Bonn (UKB), der TH Köln und der Haption GmbH durchgeführt. Das Projekt erhält im Rahmen des Innovationswettbewerbs Gesünder.IN.NRW eine Förderung in Höhe von 1,5 Millionen Euro und hat eine Laufzeit von drei Jahren.

Dieser Text basiert auf einer Pressemitteilung von TH Köln/ Veröffentlicht am August 2024