Wie VirtaMed die Chirurgen von morgen in VR ausbildet

VirtaMed: Eine Unity-Fallstudie

Seit 2007 verbessert VirtaMed die Qualität der chirurgischen Versorgung durch hochmoderne Virtual-Reality-(VR)-Anwendungen. Durch die Nutzung einer Kombination aus spezialisierten Hardware-Instrumenten und datenbasierten anatomischen Modellen ermöglichen VirtaMeds VR-Trainingsumgebungen Chirurgen, grundlegende Techniken zu beherrschen und die kontinuierliche berufliche Weiterbildung in fortgeschrittenen Eingriffen zu verfolgen.

Hinweis: Diese Fallstudie enthält medizinische Bilder, die für einige unangenehm sein können.

Die Ergebnisse

Der Zweck der robotischen Simulatoren von Virtamed besteht darin, eine risikofreie, kontrollierte Umgebung für Chirurgen zu bieten, um ihre Fähigkeiten zu üben und zu perfektionieren. Durch die Nachbildung der in Operationen verwendeten Robotersysteme bieten sie ein realistisches und immersives Trainingserlebnis. Die Ergebnisse umfassen:

• Eine kürzere Lernkurve für die robotergestützte Chirurgie im Vergleich zu traditionellen Methoden.
• Entlastung kritischer Ressourcen durch die Abstraktion des Trainings von chirurgischen Robotern, die für Patienteninterventionen benötigt werden.
• Reduzierter oder eliminierter Bedarf an Laborschulungen, was Kosten spart und den chirurgischen Teams die Möglichkeit bietet, das Training zu wiederholen.

Lesen Sie weiter, um einen genaueren Einblick in die Erstellung der Simulationen und die Herausforderungen, die sie bewältigen, zu erhalten.

Die Herausforderungen bei der Ausbildung von chirurgischen Teams

Die roboterassistierte Chirurgie (RAS) hat den Weg für neuartige Verfahren geebnet, die fortschrittliche Präzision und Kontrolle erfordern und für minimalinvasive Eingriffe notwendig geworden sind, die nicht durch traditionelle Methoden durchgeführt werden können. Da die Nachfrage nach solchen Operationen steigt, ist ein gut ausgebildetes und hochqualifiziertes Operationsteam von entscheidender Bedeutung.

ChirurgischeRobotik-Training wurde traditionell mit Leichen oder medizinischen Requisiten auf einem Operationstisch durchgeführt. Allerdings erfolgt die Schulung des Personals häufiger direkt an lebenden Patienten, damit Schulungsprogramme tatsächliche Operationen nicht behindern.

Chirurgische Simulation bietet eine risikofreie Umgebung für medizinisches Personal, um ihre Fähigkeiten zu üben und zu verfeinern. Der Einsatz dieser Simulatoren ermöglicht es Chirurgen, zu üben, ohne den Operationssaal zu blockieren oder echte Patienten zu benötigen. Dank dieser Vorteile kommen immer mehr chirurgische Simulatoren zusammen mit einer neuen Generation von chirurgischen Robotern auf den Markt.

Der Simulator auf einen Blick

Für wen ist es?

Der robotische Simulator wird hauptsächlich von chirurgischen Teams in Krankenhäusern sowie von einzelnen Chirurgen genutzt. Es wird auch in medizinischen Fakultäten zu Ausbildungszwecken genutzt. Darüber hinaus verwenden Roboterhersteller die Simulatortechnologie, um Chirurgen über ihre neuen robotischen Lösungen zu schulen und auszubilden.

Was macht es?

Der robotische Simulator dient als virtuelle Realität Plattform für das chirurgische Training, indem er die Funktionen der robotischen Instrumentenarme genau nachbildet und den chirurgischen Raum nachstellt. Es ist so konzipiert, dass es die tatsächlichen robotischen Systeme nachahmt, die in Operationen verwendet werden, und bietet ein realistisches und immersives Trainingserlebnis. Die 3D-Software und Hardwarekomponenten des Simulators sind so gestaltet, dass sie eine eigenständige Trainingsumgebung bieten, die nahezu identisch mit der tatsächlichen chirurgischen Konsole, den Hauptsteuerungen und dem Vision-Wagen ist.

Wie weit verbreitet ist es?

Die Einführung von Robotersimulatoren ist ziemlich umfangreich und wächst schnell. VirtaMed ist ein führender Anbieter von medizinischen Simulationslösungen und der einzige Simulatorpartner von vier Herstellern der nächsten Generation von chirurgischen Robotern bis heute. Zusätzlich zu bestehenden Partnerschaften, die individuelle Simulatoren für eine Vielzahl von medizinischen Geräten produzieren, entwickelt VirtaMed derzeit erweiterte Schulungsmöglichkeiten für chirurgisches Personal und bereitet neue hyperrealistische VR-Module in Unity vor, um zukünftige Fortschritte in der robotergestützten und digital unterstützten Chirurgie zu adressieren.

Warum virtuelle Realität (VR)?

VR im robotergestützten chirurgischen Training bietet ein immersives Erlebnis, das das Lernen verbessert, die Behaltensleistung steigert, eine sichere Übungsumgebung bietet und eine zugängliche und anpassbare Ausbildung ermöglicht. Wiederholbare, stressarme Trainingssimulationen können die Notwendigkeit für kostspielige Laborschulungen reduzieren oder eliminieren. Wichtiger noch, virtuelle Trainingsprogramme verbessern die chirurgischen Ergebnisse, um sicherzustellen, dass Patienten immer die bestmögliche Versorgung erhalten.

Auf welcher Hardware läuft es?

Einige Varianten der Simulatoren verwenden eine in einen „Rucksack“ integrierte Roboterkonsole, an der der Simulator befestigt wird. Andere Versionen verwenden funktionale Nachbildungen der robotischen Konsole, die so konzipiert sind, dass sie von Außenteams leicht eingesetzt werden können, sodass Gesundheitspraktiker bequem und schnell Erfahrung mit Verfahren sammeln können.

Welche Werkzeuge für Trainingsfeedback sind enthalten?

Die Entwickler von VirtaMed definieren Kriterien, die erforderlich sind, damit der Lernende in jeder Simulation als kompetent gilt. Der Simulator ermöglicht die Sammlung von Daten wie Instrumentenverläufen während der Trainingseinheit und bietet einen Feedback-Bericht (mit einer Bewertung) für Benutzer und Trainer.

Unity-Lösungen verwendet

Das Team von VirtaMed nutzte Unity Industry und eine Reihe von First-Party-Paketdienstprogrammen, um ihren Arbeitsablauf zu vereinfachen, die Entwicklung zu beschleunigen und robuste Simulationen zu erstellen. Hier ist ein kurzer Überblick über die in ihrem Tech-Stack vorgestellten Unity Technologies:

Pixyz

Pixyz ermöglicht es Animatoren und 3D-Modellierern, hochauflösende Assets und Meshes aus CAD-Daten in über 70 Dateiformaten zu importieren und zu rendern. Diese Pipeline war entscheidend für die Einbindung datenbasierter anatomischer Modelle und die originalgetreue Virtualisierung realer chirurgischer Instrumente.

Unity Editor

Eingebaute Unterstützung für Visual Studio Code und andere integrierte Entwicklungsumgebungen (IDE) ermöglichte eine unkomplizierte Entwicklung und Fehlersuche, während die enge Integration von Modellierungswerkzeugen es den technischen Animatoren von VirtaMed erlaubte, physikgestützte Weltobjekte im 3D-Raum sicher zu manipulieren.

Artikulationskörper Physik

Chirurgische Simulationen erfordern die präzise Rotation von Modellen und robuste Kollisionsinteraktionen zwischen virtuellen Objekten und Netzen, insbesondere bei bestimmten Winkeln. Um diese komplexen und empfindlichen Physiksimulationen zu realisieren, wandte sich VirtaMed an Unitys Articulation Body-Komponenten, um benutzerdefinierte Physikhierarchien zu erstellen.

High-Definition Render Pipeline (HDRP)

Unitys High Definition Render Pipeline (HDRP) bot Modellierern eine umfangreiche Palette von Parametern, um realistische Visualisierungen und Texturen zu konfigurieren. Mit der Flexibilität, zwischen Single-Pass-Instanzierung und Multipass-VR-Rendering zu wechseln, konnten die Ingenieure von VirtaMed ihre Rendering-Pipeline für minimalen CPU-Verbrauch optimieren und ihre Simulationen an leistungsstärkere, mit GPUs ausgestattete Geräte (wie bestimmte VR-Peripheriegeräte) anpassen.

Shader-Graph

VirtaMeds Ingenieure mussten sich keine Gedanken über das Schreiben und Kompilieren von benutzerdefinierten Fragmenten und Vertex-Shadern machen. Bei Verwendung in Verbindung mit HDRP ermöglichte das Shader Graph-Dienstprogramm Entwicklern die Implementierung von Shader-Knoten-Hierarchien mit minimaler Konfiguration.

Multiplatform Deployment

Chirurgische Trainingssimulationen basieren auf latenzarmer haptischer Rückmeldung zwischen spezialisierten Hardware-Eingaben, die in heterogenen Rechenumgebungen laufen. Die Laufzeitkonfigurationsparameter von Unity vereinfachten den Prozess der Bereitstellung auf verschiedenen Computerplattformen und der Schnittstelle mit spezialisierten medizinischen Geräten.

Laufzeit-Debugging

VirtaMed-Ingenieure nutzten den in Unity integrierten Leistungs-Profiler, um Verhaltens- und Leistungsprobleme während des Testens und zur Laufzeit zu debuggen. Diese Werkzeuge waren entscheidend für die Feinabstimmung sowohl der Simulationslogik als auch der Hardwarekonfigurationen, um eine optimierte visuelle Leistung und maximale Reaktionsfähigkeit während der Live-Simulationen zu gewährleisten.

Automatisiertes Testen

Mit dem Unity Test Framework haben die VirtaMed-Ingenieure Tests entwickelt, die sowohl in der lokalen Entwicklungsumgebung als auch innerhalb einer simulierten Ausgabe ausgeführt werden konnten, was ihrem interdisziplinären Team half, sich an gute Designmuster zu halten und proaktiv Software-Regressionen während der kontinuierlichen Entwicklung zu vermeiden.

Benutzerreaktionen

Geschätzt von VirtaMeds Kunden

Gründe, warum medizinische Fachkräfte die vollständig digitalisierte Lernreise schätzen, die durch den Simulator ermöglicht wird, sind unter anderem:

• Die realistische Trainingsumgebung mit der neuesten Grafiktechnologie.
• Integration realer sensorisierter chirurgischer Instrumente für praktische Simulation.
• Lebensechtes, taktiles Feedback über fortschrittliche haptische Schnittstellen.
• Die Vielseitigkeit und Modularität der Simulatorplattformen, die eine Deployment in vielen Umgebungen ermöglichen, einschließlich Konferenzen, Schulungszentren und Krankenhäusern.

Der robotische Simulator bietet eine Mixed-Reality-Plattform, die der gesamten chirurgischen Mannschaft direkt im Krankenhaus ein Training der nächsten Stufe ermöglicht. Dies reduziert oder eliminiert die Notwendigkeit für Laborschulungen, was die Kosten senkt und wiederholtes Training ermöglicht. Der Simulator von VirtaMed ist dem tatsächlichen Roboter bemerkenswert nahe und bietet ein nahtloses Erlebnis, das auf die individuellen Trainingsbedürfnisse zugeschnitten ist, was ihn zu einem unschätzbaren Werkzeug für Chirurgen macht, um ihre Fähigkeiten zu verfeinern, bevor sie den Operationssaal betreten.

In die Zukunft schauen

Erweiterung der Trainingsmöglichkeiten

VistaMed plant, die chirurgische Kompetenz weiter zu steigern, indem die robotergestützte Simulationsplattform weiter in die Ausbildung von chirurgischen Teams integriert wird. Dieser Ansatz ermöglicht eine Schulung direkt im Krankenhaus.

Partnerschaften

VirtaMed schätzt Partnerschaften und ist der Überzeugung, dass Simulationstraining ein wesentlicher Bestandteil der chirurgischen Ausbildung und des Trainings für robotergestützte Chirurgie ist. Ihre Zusammenarbeit mit Experten und Gesellschaften zielt darauf ab, Chirurgen und medizinisches Fachpersonal weltweit auszubilden, um bessere Patientenergebnisse zu erzielen. Produktentwicklung und kontinuierliche Innovation

VirtaMed ist bestrebt, seine Module und andere Produkte zu erweitern, um mehr Verfahren, Fälle, Pathologien, Variationen und Komplikationen abzudecken.