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Virtual Reality

Computer statt Leichenteile

Ein neues Projekt an der OTH soll die Ausbildung von Ärzten revolutionieren. Mittendrin: eine Hand aus dem 3D-Drucker.
Von Daniel Pfeifer

Doktorand und Chef-Programmierer Johannes Meier (l.) erklärt einem jungen Münchner Arzt die Funktionsweise des HaptiVist. Foto: Daniel Pfeifer
Doktorand und Chef-Programmierer Johannes Meier (l.) erklärt einem jungen Münchner Arzt die Funktionsweise des HaptiVist. Foto: Daniel Pfeifer

Regensburg.Wenn angehende Ärzte medizinische Prozeduren üben wollen, bleibt ihnen seit Jahrhunderten nicht viel mehr übrig, als Tierkadaver zu verwenden. Oder sie müssen dafür menschliche Leichenteile auftauen. Letztere sind nicht nur äußerst rar, sondern für den Einen oder Anderen ethisch schwierig. Außerdem: Wir leben im 21. Jahrhundert und reden über die Verfügbarkeit von Leichenteilen.

Ja, wo sind wir denn? Das dachte sich auch ein Team an der OTH Regensburg, als sie das Projekt „HaptiVist“ ins Leben riefen. Allen voran Doktorand Johannes Meier. Seit zweieinhalb Jahren entwickelt er einen Virtual Reality-Simulator, mit dem Chirurgen Handoperationen trainieren können. Ohne nur einen einzigen echten Knochen durchbohren zu müssen.

Das Projekt begann eher zufällig. Und eher schmerzhaft. Der OTH-Professor Christoph Palm hatte sich fest entschlossen, beim Hausbau selbst Hand anzulegen. Nach einem Sturz von einer Leiter hatte er sich an ebendieser Hand einen Trümmerbruch geholt. Nachdem er seinem behandelnden Arzt erzählt hatte, dass er am Institut für Mathematik und Informatik lehrt, sprach ihn dieser auf die Problematik fehlender Übungsmöglichkeiten für angehende Ärzte an.

Einige Monate später gab Palm die Idee seines Arztes an Johannes Meier weiter, der seitdem als Doktorarbeit aus der Idee Realität macht. Doch „HaptiVist“ stellte sich schnell als teurer und komplizierter heraus, als gedacht. 350 000 Euro bekamen er und seine studentischen Hilfskräfte allein von der Bundesregierung an Fördergeldern für das Projekt.

Eine Hand gedruckt

  • Dummy: Ein besonderes Bauteil ist der Hand-Dummy. Ihn druckte das Team im 3D-Drucker der Techbase aus drei Materialien: ein hartes für die Knochen, ein gummiartiges für das Handgewebe und „Supportmaterial“.

  • Vorlage: Die Hand wurde am Computer nach echten medizinischen Scans nachgebildet. Sie gehört dem Arzt selbst, der damals die Idee für das Projekt hatte.

So nah am Leben wie möglich

Um zu verstehen, was da so viel Geld kostet, muss man erst verstehen, wie das Ganze eigentlich funktioniert: „HaptiVist“ simuliert das Bohren von sogenannten Kirschner-Drähten in Handknochen. Mit diesen starren, länglichen Metall-Drähten werden heutzutage üblicherweise Knochenfrakturen wieder zusammengehalten.

Ein Teil von HaptiVist ist deshalb eine Nachbildung eines kleinen medizinischen Bohrers. Ohne echte Bohrstäbe, dafür an einen Computer angeschlossen. Vor dem Chirurg liegt ein Hand-Dummy aus speziellem 3D-gedruckten Gummi. Bewegt nun der Chirurg im echten Leben den Bohrer oder den Hand-Dummy, so wird die Bewegung in Echtzeit auf einem hochmodernen 3D-Bildschirm angezeigt. In der virtuellen Realität, die der Computer vor den Augen des Chirurgen simuliert, kann der Arzt nun den Bohrer ansetzen und virtuelle Kirschner-Drähte in die virtuelle Hand bohren.

Der Clou: Auch wenn der Bohrer in der echten Welt einfach frei in der Luft steht, spürt der Arzt bei HaptiVist die Berührung von Bohrkopf auf menschlichem Knochen. Das liegt daran, dass der Bohrer in der Hand des Arztes in einen mechanischen Greifarm eingespannt ist. Dieser simuliert den Widerstand, den man normalerweise hat, wenn man einen Bohrkopf in Knochen treibt. Er simuliert auch, wenn der Bohrer am Ende in der Hand steckenbleibt. Dann erstarrt der Greifarm – und der Arzt kann am Bohrer rütteln, wie er will, und steckt doch fest.

Sehr teures Computerspiel

„Es fühlt sich an, wie im Operationssaal. Erstaunlich echt“, staunte ein junger Arzt aus München, als er HaptiVist bei einer Laborführung, organisiert von der Akademie Ostbayern-Böhmen, zum ersten Mal ausprobierte. Die Software, zusammengestellt von Johannes Meier, bedient sich den neuesten technischen Errungenschaften, um die Realität am Computer so gut wie möglich abzubilden.

„Es fühlt sich an, wie im Operationssaal. Erstaunlich echt.“

Die Kollisionsdetektion zum Beispiel, die die Berührung von Bohrer und Hand im Computer simuliert, wurde schon im populären Videospiel „GTA 5“ verwendet. Der ganze Aufbau ist im Prinzip ein sehr, sehr teures und sehr, sehr modernes Computerspiel. Ob Johannes Meier nach seinem Doktor das Gerät selbst in einem StartUp vermarkten will, weiß er noch nicht. Es gibt aber auch schon Interesse von einer Bremer Firma, mit der er im Projekt kooperierte: Szenaris. Das Unternehmen stellt Simulatoren für die Armee her.

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