Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Virtuell fräsen für die Forschung

26.07.2019

Forscher aus Chemnitz und Bremen entwickeln in BMWi-gefördertem Projekt Simulator für besonders kritischen Schritt bei der Implantation von Hüftgelenken

Mehr als 200.000 Menschen erhalten in Deutschland pro Jahr eine Hüftprothese. Der Erfolg der Operationen hat für die Betroffenen großen Einfluss auf die Lebensqualität.


Angehende Chirurgen können dank dem TU-Projekt "HIPS" künftig einen der kompliziertesten Schritte bei einer Hüft-OP virtuell üben.

Foto: Projekt "HIPS"

Allerdings: Der Eingriff ist oft schwierig, besonders das sogenannte Ausfräsen der Hüftpfanne (Acetabulums) gehört zu den heikelsten Schritten, die sich zudem schwer üben lassen.

Hier setzt der „HüftImplantat-PfannenfräsSimulator“ (HIPS) an, der vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert und im April 2019 erfolgreich abgeschlossen wurde.

Das Projekt federführend leitete die Professur Werkzeugmaschinen-konstruktion und Umformtechnik der Technischen Universität Chemnitz. Beteiligt waren zudem das Technologie-Zentrum Informatik und Informationstechnik (TZI) der Universität Bremen, die FAKT Software GmbH in Leipzig und der CAT Production GmbH in München.

Von medizinischer Seite wurde die Entwicklung von der Klinik für Orthopädie, Unfallchirurgie und Plastische Chirurgie des Universitätsklinikums Leipzig, dem Zentrum zur Erforschung der Stütz- und Bewegungsorgane (ZESBO), der Forschungsgruppe für klinische Anatomie der University of Otago (Neuseeland) sowie der Medizintechnik-Abteilung des Fraunhofer Instituts für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU) begleitet.

Aktuell planen die Wissenschaftler die Weiterentwicklung des Systems, um weitere Operationsschritte abbilden zu können. Dann sollen angehende Chirurginnen und Chirurgen auch das Abtrennen des Hüftgelenkkopfes, das Ausschaben des Oberschenkelknochens und die Implantation des Kunstgelenkes in der virtuellen Realität trainieren können.

„Durch den erfolgreichen Projektabschluss von HIPS haben wir das weltweit erste chirurgische VR-Trainingssystem für nicht-minimalinvasive OPs mit haptischem Feedback entwickelt. Dieser Erfolg ist allerdings nur ein erster Schritt und motiviert uns als Projektteam sehr, weitere OP-Schritte virtuell trainierbar zu machen“, sagt Mario Lorenz von der TU Chemnitz, Initiator des Kooperationsprojekts.

Roboter sorgt für realistisches Gefühl beim Fräsen

Hüft-Implantate müssen möglichst genau in die Hüftpfanne passen, um Komplikationen zu vermeiden und die Lebensdauer der Prothese zu maximieren. Die entsprechende Operation ist aufwändig und erfordert viel Kraft bei gleichzeitig größtmöglicher Präzision. Noch herausfordernder wird das Verfahren dadurch, dass die zu bearbeitende Stelle für die Chirurgin oder den Chirurgen kaum sichtbar ist. Bis jetzt war es außerdem kaum möglich, diese Situation unter realitätsnahen Bedingungen zu üben.

Anwenderinnen und Anwender des „HIPS“-Systems sehen durch eine VR-Brille die Hüfte der virtuellen Patientin oder des virtuellen Patienten und bedienen gleichzeitig eine Fräse, die an einen Roboter angeschlossen ist. Der Roboter liefert dabei ein realitätsgetreues haptisches Feedback, indem er beispielsweise beim virtuellen Fräsen den Widerstand simuliert, den der Knochen in einer realen OP aufweisen würde.

Die Grundlage für diese realistische Simulation sind reale Daten. Dafür vermaßen die Wissenschaftler den Fräsprozess genau und entwickelten auf dieser Grundlage entsprechende Logarithmen. Die Integration der so entstandenen Software-Module integrierte die FAKT Software GmbH in eine interaktive Anwendung, die auf einem anatomischen Modell in 3D der CAT PRODUCTION GmbH basiert.

Mit DIVR Award 2019 ausgezeichnet

Mit der erfolgreichen Umsetzung des Vorhabens hat das Projektkonsortium kürzlich auch die Jury des Deutschen Instituts für Virtual Reality (DIVR) überzeugt. Das Institut verlieh „HIPS“ den DIVR Award 2019 in der Kategorie „best tech“.
Die Jury lobte die hervorragende Qualität, den hohen technologischen Innovationsgrad und den gesellschaftlichen Einfluss der Virtual-Reality-Simulation.

Hintergrund: Projekt „HIPS“

Das Projekt „HüftImplantatPfannenfräsSimulator“ (HIPS) lief über einen Zeitraum von drei Jahren. Das BMWi förderte HIPS mit insgesamt rund 670.000. Eine Virtual-Reality-Simulation ermöglicht es unter Einbindung eines Leichtbauroboters, den Eingriff zur Implantation eines Hüftgelenks realitätsnah zu üben. So erleichtert das HIPS-System die Vorbereitung angehender Chirurginnen und Chirurgen auf die Durchführung von Hüft-OPs.

Multimedia: Ein Kurzportrait (http://bit.ly/2yfnt7P) des Projekts HIPS sowie ein ausführlicheres Projekt-Video (http://bit.ly/HIPS_lang) sind im YouTube-Kanal der TU Chemnitz zu finden.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Für die Technische Universität Chemnitz

Mario Lorenz
Tel. +49 (0)371/531-39366
E-Mail mario.lorenz@mb.tu-chemnitz.de

Für die Universität Bremen

Prof. Dr. Gabriel Zachmann
Tel. +49 (0)421/218-63991
E-Mail zach@cs.uni-bremen.de

Weitere Informationen:

http://bit.ly/2yfnt7P

Matthias Fejes | Technische Universität Chemnitz
Weitere Informationen:
http://www.tu-chemnitz.de/

Weitere Berichte zu: BMWi CAT Fräsen HIPS Implantation Roboter Software Virtual Reality

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Maschinenbau:

nachricht Automatisierte Nachbearbeitung von CFK-Bauteilen
13.08.2019 | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA

nachricht Projekt AddSteel: Neue Stahlwerkstoffe für den 3D-Druck
26.07.2019 | Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Maschinenbau >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Quantencomputer sollen tragbar werden

Infineon Austria forscht gemeinsam mit der Universität Innsbruck, der ETH Zürich und Interactive Fully Electrical Vehicles SRL an konkreten Fragestellungen zum kommerziellen Einsatz von Quantencomputern. Mit neuen Innovationen im Design und in der Fertigung wollen die Partner aus Hochschulen und Industrie leistbare Bauelemente für Quantencomputer entwickeln.

Ionenfallen haben sich als sehr erfolgreiche Technologie für die Kontrolle und Manipulation von Quantenteilchen erwiesen. Sie bilden heute das Herzstück der...

Im Focus: Quantum computers to become portable

Together with the University of Innsbruck, the ETH Zurich and Interactive Fully Electrical Vehicles SRL, Infineon Austria is researching specific questions on the commercial use of quantum computers. With new innovations in design and manufacturing, the partners from universities and industry want to develop affordable components for quantum computers.

Ion traps have proven to be a very successful technology for the control and manipulation of quantum particles. Today, they form the heart of the first...

Im Focus: Towards an 'orrery' for quantum gauge theory

Experimental progress towards engineering quantized gauge fields coupled to ultracold matter promises a versatile platform to tackle problems ranging from condensed-matter to high-energy physics

The interaction between fields and matter is a recurring theme throughout physics. Classical cases such as the trajectories of one celestial body moving in the...

Im Focus: "Qutrit": Komplexe Quantenteleportation erstmals gelungen

Wissenschaftlern der Österreichischen Akademie der Wissenschaften und der Universität Wien ist es gemeinsam mit chinesischen Forschern erstmals gelungen, dreidimensionale Quantenzustände zu übertragen. Höherdimensionale Teleportation könnte eine wichtige Rolle in künftigen Quantencomputern spielen.

Was bislang nur eine theoretische Möglichkeit war, haben Forscher der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) und der Universität Wien nun erstmals...

Im Focus: Laser für durchdringende Wellen: Forscherteam entwickelt neues Prinzip zur Erzeugung von Terahertz-Strahlung

Der „Landau-Niveau-Laser“ ist ein spannendes Konzept für eine ungewöhnliche Strahlungsquelle. Er hat das Zeug, höchst effizient sogenannte Terahertz-Wellen zu erzeugen, die sich zum Durchleuchten von Materialen und für die künftige Datenübertragung nutzen ließen. Bislang jedoch scheiterten nahezu alle Versuche, einen solchen Laser in die Tat umzusetzen. Auf dem Weg dorthin ist einem internationalen Forscherteam nun ein wichtiger Schritt gelungen: Im Fachmagazin Nature Photonics stellen sie ein Material vor, das Terahertz-Wellen durch das simple Anlegen eines elektrischen Stroms erzeugt. Physiker des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) waren maßgeblich an den Arbeiten beteiligt.

Ebenso wie Licht zählen Terahertz-Wellen zur elektromagnetischen Strahlung. Ihre Frequenzen liegen zwischen denen von Mikrowellen und Infrarotstrahlung. Sowohl...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Informatik-Tagung vom 26. bis 30. August 2019 in Aachen

21.08.2019 | Veranstaltungen

Wie smarte Produkte Unternehmen herausfordern

20.08.2019 | Veranstaltungen

Innovationen der Luftfracht: 4. Air Cargo Conference in Frankfurt am Main

20.08.2019 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Informatik-Tagung vom 26. bis 30. August 2019 in Aachen

21.08.2019 | Veranstaltungsnachrichten

Proteinaggregation: Zusammenlagerung von Proteinen nicht nur bei Alzheimer und Parkinson relevant

21.08.2019 | Biowissenschaften Chemie

Das Schulbuch wird digital

21.08.2019 | Bildung Wissenschaft

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics