Chirurgische Ausbildung in gemischter Realität mit dem LaparoS-Simulator von VirtaMed

Der VirtaMed LaparoS, der als medizinische Spitzentechnologie anerkannt ist, nutzt die digitale 3D-Zwillingstechnologie von Unity Technologies in Echtzeit und das integrierte haptische Feedback, um ein hyperrealistisches chirurgisches Training zu ermöglichen.

Anmerkung: Dieser Blog enthält medizinische Bilder, die für manche unangenehm sein können.

VirtaMed, ein in der Schweiz ansässiger Entwickler von Mixed-Reality-Simulatoren für die medizinische Ausbildung, hat eine Lösung entwickelt, die die mit der herkömmlichen chirurgischen Ausbildung verbundenen Risiken verringert. Das innovative und preisgekrönte LaparoS von VirtaMed nutzt die immersive Technologie von Unity, um komplexe chirurgische Trainingsszenarien nachzubilden, und revolutioniert damit die Art und Weise, wie Ärzte lernen, Operationen durchzuführen.

Dr. Ivan Puente, MD, FACS Program Director, Broward Health, sagte: "Von dem Moment an, in dem man den Simulator betritt, kann man ihn so einrichten, wie wir es im Operationssaal (OP) tun. Wir sind in der Lage, genau das zu imitieren, was wir am echten Patienten tun. Ich finde es gut, dass wir Komplikationen wie Blutungen und Gallenleckagen hinzufügen können, um die Assistenzärzte besser auf den OP vorzubereiten. Es liegt auf der Hand, dass das Training an der Simulation vor der Operation die Fähigkeiten verbessert und die Patientensicherheit erhöht.

In diesem Artikel werfen wir einen genaueren Blick auf das Simulator-Trainingsprogramm von VirtaMed, das auf der 3D-Digital-Twin-Technologie in Echtzeit basiert, und auf die Vorteile eines simulierten chirurgischen Trainings.

Aufbau eines besseren Schulungsprogramms

Lebende Patienten vor der Lernkurve bewahren

Die traditionelle chirurgische Ausbildung basiert auf dem Modell "see one, do one, teach one". Dieses Modell ist jedoch in einer Welt fortschrittlicher medizinischer Technologien und Techniken nicht mehr zeitgemäß. VirtaMed ist der Meinung, dass ein Chirurg einen Eingriff niemals zum ersten Mal an einem lebenden Patienten durchführen sollte. Der Mixed-Reality-Simulator LaparoS ermöglicht es Chirurgen, laparoskopische Eingriffe in der Allgemeinchirurgie (bei denen eine kleine Kamera durch einen Einschnitt in der Bauchdecke eingeführt wird) und gynäkologische Eingriffe am "digitalen Menschen" in einer hyperrealistischen und risikofreien Umgebung zu trainieren.

Durch die Kombination einer ultrarealistischen 3D-Visualisierung in Echtzeit mit einer innovativen Simulationsplattform, die ein haptisches Feedback liefert, hat VirtaMed einen Laparoskopie-Trainingssimulator entwickelt, der mit der herkömmlichen medizinischen Ausbildung bricht. Es nimmt den Patienten die Last der Lernkurve in der medizinischen Ausbildung ab und überträgt sie auf den Simulator.

Verbesserung der Ausbildungsleistung

Wissenschaftliche Untersuchungen haben gezeigt, dass Simulationen die Schulungsergebnisse im Vergleich zu herkömmlichen Methoden erheblich verbessern. Eine qualitativ hochwertige Simulation ermöglicht es den Auszubildenden, ihre Ungläubigkeit zu überwinden und in ein Schulungsszenario einzutauchen. Wenn beispielsweise ein virtueller Patient während der Schulung blutet, sollte dies so echt aussehen und sich so echt anfühlen, dass sich der Auszubildende wirklich um eine schnelle Lösung bemüht.

Der LaparoS-Simulator zeichnet auch das Verhalten der Auszubildenden millimetergenau auf und liefert so wertvolles Feedback nicht nur über die Leistung der Auszubildenden während des Eingriffs, sondern auch über die möglichen Folgen für den simulierten Patienten.

Die simulierte Ausbildung mit einem digitalen Zwilling des Abdomens und anderer Körperteile beschleunigt nicht nur die Lernkurve und bringt neue Chirurgen schneller in den Operationssaal, sondern senkt auch die Gesamtausbildungskosten, da sie Szenarien für die Teamausbildung ermöglicht.

Universalisierung der Ausbildung in chirurgischen Fertigkeiten

Traditionell geben erfahrene Chirurgen ihre Fähigkeiten im Rahmen eines Ausbildungsmodells weiter. Die Ausbildung nach dieser Methode hängt von den Fähigkeiten des Lehrers ab. VirtaMed hat sich zum Ziel gesetzt, die Techniken weltweit anerkannter Chirurgieexperten zu kodifizieren und diese Fähigkeiten in das Simulatorprogramm zu übertragen, so dass sie jedem Auszubildenden, der den Simulator benutzt, zur Verfügung stehen.

Mithilfe von maschinellem Lernen nutzt die Simulationsplattform von VirtaMed Daten, die von erfahrenen Chirurgen generiert wurden, um die besten Operationstechniken zu quantifizieren. Ihr Fachwissen wird auf die Simulationsplattform übertragen und als Standard verwendet, an dem die Leistung der Auszubildenden gemessen werden kann. Die Auszubildenden erhalten außerdem ein kontextabhängiges Feedback auf der Grundlage dieser von Experten abgeleiteten Standards. Die zunehmende Verfügbarkeit von auf digitalen Zwillingen basierenden Simulationstrainings ermöglicht eine Demokratisierung der chirurgischen Fachkenntnisse, da viele der Zugangsbarrieren beseitigt werden.

"Wir nutzen bahnbrechende Technologien, um die chirurgische Ausbildung im Dienste der Patienten zu verbessern. Der Einsatz von Unity ermöglicht es uns, die erheblichen Investitionen und Fortschritte im Bereich Gaming dort zu nutzen, wo wir den größten Einfluss haben können - jetzt und in Zukunft."

– Stefan Tuchschmid, Co-CEO and Founder, VirtaMed

Von der Theorie zur Realität

Die Bausteine für LaparoS

VirtaMed benötigte eine 3D-Echtzeit-Engine, mit der die vorhandene Technologie skaliert werden konnte, um hochmoderne Grafiken zu unterstützen, die in der Lage sind, die Mechanik und die Feinheiten eines realen Eingriffs im Operationssaal nachzubilden.

Basil Fierz, ein leitender Software-Ingenieur bei VirtaMed, erklärt, warum sich das Unternehmen für Unity als Technologiepartner entschieden hat:

• Unity ist bestrebt, in Technologien zu investieren und diese zu verbessern, und VirtaMed erkannte die potenziellen Möglichkeiten der High Definition Render Pipeline(HDRP) von Unity.
• Die Erweiterbarkeit der Unity-Engine ermöglichte es VirtaMed, sein bestehendes Physiksimulationstool in Unity zu erweitern, so dass es nicht mehr nötig war, mit einer anderen Physik-Engine zu beginnen.
• Unity's Integrated Success garantierte dem VirtaMed-Team eine Unterstützungsstruktur, mit der es die Grenzen der Entwicklung mit Zuversicht erweitern konnte.

"Der Unity Developer Relations Manager ist unsere Brücke zur gesamten Unity-Organisation und hilft uns, effizient mit allen Beteiligten von der Entwicklung bis zum Marketing zusammenzuarbeiten. Unsere regelmäßigen Treffen gehen über die alltäglichen Support-Themen hinaus und sind ungemein hilfreich, sei es, dass wir auf relevante Inhalte hingewiesen werden oder neue Funktionen zur Verbesserung unserer Arbeitsabläufe empfohlen werden."

– Basil Fierz, PhD, Senior Software Engineer, VirtaMed

Entwicklung des ultrarealistischen Simulatorerlebnisses

Durch den Einsatz von Unity war VirtaMed in der Lage, realistische visuelle Elemente und haptisches Feedback zu kombinieren, um ein hervorragendes Trainingserlebnis zu schaffen, das einzigartig für den LaparoS ist. Durch die Integration der bestehenden Physik-Engine als Modul direkt in Unity ist VirtaMed in der Lage, sowohl das physikalische Verhalten innerer Organe als auch die Interaktion von chirurgischen Werkzeugen mit diesen Organen genau darzustellen.

In der ersten Entwicklungsphase ging es darum, sicherzustellen, dass sich die simulierten Organe physisch genauso verhalten wie echte Organe. VirtaMed erreichte dies durch das Zusammentragen von Informationsquellen, wie z. B. Videoaufnahmen von medizinischen Eingriffen, Verständnis der chirurgischen Verfahren, Beobachtung von Operationen und direktem ärztlichen Input. Die Physiksimulation reagiert auf die Interaktionen mit den Werkzeugen, die die Rückkopplungskräfte berechnen und diese auf die Simulatortrokare übertragen, um das haptische Feedback zu liefern.

Die auf Unity basierende Plattform von VirtaMed ermöglicht es lokalen Schulungsteams auch, sich an regionale Unterschiede in der chirurgischen Praxis anzupassen, z. B. auf welcher Seite eines Patienten sich der Chirurg positioniert. Diese Funktionen können je nach den Wünschen des Trainers leicht aktiviert oder deaktiviert werden.

Gleichzeitig entwickelte VirtaMed die physikalischen Simulationsgeräte. Durch die Möglichkeit, die Designprüfung für die Simulationen mit Unity durchzuführen, konnten unnötige Verzögerungen bei der Produktion der Simulatorhardware vermieden werden.

Mit Unity für die Zukunft planen

Aufgrund des Erfolgs des LaparoS-Schulungssimulators plant VirtaMed, in den nächsten 12 Monaten bestehende Produkte auf Unity zu migrieren und Unity für zukünftige Produkte zu verwenden.

Durch die Arbeit mit dem Unity-Editor kann VirtaMed Inhalte schneller erstellen und die Vorteile auf eine breitere Palette von Produkten ausdehnen, einschließlich der Erstellung kleinerer kundenspezifischer Projekte für andere Kunden aus der Branche. Für die Zukunft ist geplant, das Schulungsprogramm um seltene Fallbeispiele zu erweitern. Durch den Aufbau der Simulationsplattform mit den Digital Twins-Technologien von Unity stellt VirtaMed sicher, dass das Unternehmen bereit ist, sein Simulationsangebot zu erweitern und auszubauen.

"Unsere Vision für eine bessere Ausbildung ist es, Chirurgen die richtigen Werkzeuge an die Hand zu geben, damit sie in einem sicheren Umfeld und ohne Risiko für die Patienten praktizieren können. In dem Maße, wie der Ausbildungsweg digital wird, wird er auch messbar. Kombiniert man das mit selbstgesteuertem Training, Gamification und adaptivem Lernen, hat man alle Zutaten für eine echte Transformation der chirurgischen Ausbildung."

– Stefan Tuchschmid, Co-CEO and Founder, VirtaMed

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