应用Haption力反馈设备的增强型手术训练模拟器通过临床实践测试

来自开姆尼茨理工大学生产系统和工艺教授职位的科学家与外科医生一起，成功测试了他们的髋关节手术虚拟现实模拟系统，该系统可在外科手术培训中使用髋关节假体安全地重复练习。

Zeisigwaldkliniken Bethanien Chemnitz的高级技能顾问、医学博士迪尔克·扎琼茨对新开发的髋关节置换手术培训系统进行了评估。图片为他正在虚拟世界中锯股骨的关节头，感受骨头的真实阻力。

在髋关节手术中，医生经常需要施加很大的力。与此同时，手术台上的精确度至关重要。马里奥·洛伦茨博士和研究助手塞巴斯蒂安·克诺普进一步开发了一种虚拟手术模拟器，可提供外科医生真实地训练髋关节植入手术所需的力和精度。研究人员旨在为外科医生提供尽可能接近真实手术中体验的感官知觉，如锯骨和刮骨治疗中骨头的阻力。虚拟现实和专用触觉设备的结合使这成为可能。“该技术的实现有可能彻底改变关节置换手术培训和继续教育整个领域的未来，”洛伦兹说到。

外科医生现在可以在虚拟手术中感受到真实的作用力和阻力

“我们不仅可以模拟髋关节窝的铣削，还可以模拟髋关节植入手术的所有五个主要步骤，”克诺普补充道。这些步骤包括锯掉股骨头，铣削并插入髋关节窝植入物，锉股骨内侧，最后植入股骨柄。触觉反馈由HAPTION专门为此应用开发的触觉装置提供。对于锯切和铣削，开姆尼茨的科学家们制造了一种手柄，可逼真地模拟手术过程中的振动。此外，研究人员开发了他们自己的冲击装置，并申请了专利，因为外科医生需要在植入物插入、骨锉和茎植入过程中施加非常大的力。

洛伦兹说：“我们进行了生物力学测量，发现在外科训练期间，冲击装置必须能够承受22千牛顿（kN）的冲力。”实验装置和测量技术都必须完全重新开发。这项工作是与莱比锡大学肌肉骨骼系统研究中心(ZESBO)和格拉茨医科大学宏观和临床解剖学部门的研究人员合作进行的。不来梅大学开发了新的触觉反馈方法，用于各种外科手术步骤中的双手任务，并使其适用于撞击装置的操作。

专家远程连接

完成的训练系统现在既可以作为完整的手术培训使用，也可以作为三个不同难度级别的单独模块使用。此外，还有远程医生协作的多人模式，一个人操作，另一个人指导，观众可以参加同一个虚拟手术室。在虚拟现实模拟中，文本和图像将引导每个手术步骤。此外，FAKT Software GmbH还创造了录制手术训练、稍后回放以及通过音频解说再次练习手术步骤等功能。在私人讲师med博士的指导下Zeisigwaldkliniken Bethanien Chemnitz的高级顾问迪尔克·扎琼茨对虚拟患者的3D模型进行了可视化优化。

全面的用户研究确保了医疗虚拟现实应用的可接受度

此外整形外科医生也参与了整个开发过程。他们制定了详细的要求，并在一项全面的用户研究中评估了最终的培训模拟器，以确保医疗虚拟现实应用的可接受度。17名参与者——从医学院学生到主任医师——参加了评估。“我们很高兴在开姆尼茨的Zeisigwaldkliniken对我们的应用程序进行了顺利的评估，测试人员认为我们的系统有用、有意义且切合实际，其仍有改进的潜力。”洛伦兹说到。

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