Wie VirtaMed die Chirurgen von morgen in VR ausbildet

VirtaMed: Eine Unity-Fallstudie

Seit 2007 verbessert VirtaMed die Qualität der chirurgischen Versorgung durch modernste Virtual-Reality-(VR)-Anwendungen. Durch die Nutzung einer Kombination aus spezialisierten Hardwareinstrumenten und datengestützten anatomischen Modellen ermöglichen die VR-Trainingsumgebungen von VirtaMed Chirurgen, grundlegende Techniken zu meistern und sich in fortgeschrittenen Eingriffen weiterzubilden.

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

Die Ergebnisse

Zweck der Robotersimulatoren von Virtamed ist es, eine risikofreie, kontrollierte Umgebung für Chirurgen bereitzustellen, um ihre Fähigkeiten zu üben und zu perfektionieren. Durch die Nachbildung der in Operationen verwendeten Robotersysteme bieten sie eine realistische und immersive Trainingserfahrung. Die Ergebnisse umfassen:

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

Lesen Sie weiter, um einen genaueren Blick darauf zu werfen, wie die Simulationen erstellt werden und welche Herausforderungen sie angehen.

Die Herausforderungen bei der Ausbildung von Chirurgenteams

Die robotergestützte Chirurgie (RAS) hat den Weg für neuartige Verfahren geebnet, die eine fortschrittliche Präzision und Kontrolle erfordern und für minimalinvasive Eingriffe notwendig werden, die nicht mit traditionellen Methoden durchgeführt werden können. Da die Nachfrage nach solchen Operationen steigt, ist ein gut ausgebildetes und hochqualifiziertes Chirurgenteam entscheidend.

Die Ausbildung in der chirurgischenRobotik wurde traditionell mit Leichnamen oder medizinischen Requisiten auf einem Operationstisch durchgeführt. Allerdings erfolgt die Schulung des Personals häufiger direkt mit lebenden Patienten, sodass Ausbildungsprogramme die Durchführung tatsächlicher Operationen nicht behindern.

Die 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 robotergestützte Simulator wird hauptsächlich von Chirurgenteams in Krankenhäusern sowie von einzelnen Chirurgen verwendet. Er wird auch in medizinischen Schulen zu Ausbildungszwecken eingesetzt. Darüber hinaus nutzen Roboterhersteller die Simulator-Technologie, um Chirurgen über ihre neuen robotergestützten Lösungen zu schulen und zu informieren.

Was macht es?

Der robotergestützte Simulator dient als Plattform für virtuelle Realität für die chirurgische Ausbildung und ahmt eng die Funktionen von robotergestützten Instrumentenarmen nach und rekreiert den chirurgischen Raum. Er ist so konzipiert, dass er die tatsächlichen robotergestützten Systeme, die in Operationen verwendet werden, nachahmt und ein realistisches und immersives Ausbildungserlebnis bietet. 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 Master-Controllern und dem Vision-Wagen ist.

Wie weit verbreitet ist es?

Die Akzeptanz von robotergestützten Simulatoren ist recht umfangreich und wächst schnell. VirtaMed ist ein führender Anbieter von Lösungen für medizinisches Simulationstraining und der einzige Simulatorpartner von vier Herstellern von chirurgischen Robotern der nächsten Generation bis heute. Neben bestehenden Partnerschaften, die individualisierte Simulatoren für eine Vielzahl von medizinischen Geräten produzieren, entwickelt VirtaMed derzeit erweiterte Trainingsmöglichkeiten für chirurgisches Personal und bereitet neue hyperrealistische VR-Module in Unity vor, um zukünftige Fortschritte in robotergestützten und digital unterstützten Operationen 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 zugängliche sowie anpassbare Bildung ermöglicht. Wiederholbare, stressfreie Trainingssimulationen können die Notwendigkeit für kostspielige Labortrainings reduzieren oder beseitigen. Noch wichtiger ist, dass virtuelle Trainingsprogramme die chirurgischen Ergebnisse verbessern, um sicherzustellen, dass Patienten immer die bestmögliche Versorgung erhalten.

Auf welcher Hardware läuft es?

Einige Varianten der Simulatoren verwenden eine robotergestützte Konsole, die in einem "Rucksack" integriert ist, an den der Simulator angeschlossen wird. Andere Versionen verwenden funktionale Nachbildungen der robotergestützten Konsole, die von Feldteams leicht eingesetzt werden können, sodass Gesundheitspraktiker bequem und schnell Erfahrung mit Verfahren sammeln können.

Welche Feedback-Tools für das Training sind enthalten?

Die Entwickler von VirtaMed definieren Kriterien, die erforderlich sind, damit der Lernende in jeder Simulation als kompetent angesehen wird. Der Simulator ermöglicht die Erfassung von Daten wie Instrumentenbahnen während der Trainingseinheit und bietet einen Feedbackbericht (mit einer Punktzahl) für Benutzer und Trainer.

Verwendete Unity-Lösungen

Das Team von VirtaMed nutzte Unity Industry und eine Suite von First-Party-Paket-Utilities, um ihren Workflow zu vereinfachen, die Entwicklung zu beschleunigen und robuste Simulationen zu erstellen. Hier ist ein kurzer Überblick über die in ihrem Tech-Stack verwendeten Unity-Technologien:

Pixyz

Pixyz ermöglicht es Animatoren und 3D-Modellierern, hochauflösende Assets und Meshes aus CAD-Daten in über 70 Dateiformaten zu importieren und darzustellen. Dieser Pipeline war entscheidend für die Integration von datenbasierten anatomischen Modellen und die treue Virtualisierung realer chirurgischer Instrumente.

Unity Editor

Die integrierte 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, physikbasierte Weltobjekte im 3D-Raum sicher zu manipulieren.

Artikulationskörper-Physik

Chirurgische Simulationen erfordern die präzise Rotation von Modellen und robuste Kollisionen zwischen virtuellen Objekten und Meshes, insbesondere in bestimmten Winkeln. Um diese komplexen und empfindlichen physikalischen Simulationen zu erreichen, wandte sich VirtaMed an Unitys Artikulationskörper-Komponenten, um benutzerdefinierte physikalische Hierarchien 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

Die Ingenieure von VirtaMed mussten sich keine Gedanken über das Schreiben und Kompilieren benutzerdefinierter Fragment- und Vertex-Shader machen. In Kombination mit HDRP ermöglichte das Shader Graph-Werkzeug Entwicklern, Shader-Knoten-Hierarchien mit minimaler Konfiguration zu implementieren.

Multiplattform-Bereitstellung

Chirurgische Trainingssimulationen sind auf latenzfreies haptisches Feedback zwischen spezialisierten Hardware-Eingaben angewiesen, die in heterogenen Rechenumgebungen laufen. Unitys Laufzeitkonfigurationsparameter vereinfachten den Prozess der Bereitstellung auf verschiedenen Rechenplattformen und der Schnittstelle mit spezialisierten medizinischen Geräten.

Laufzeit-Debugging

Die Ingenieure von VirtaMed nutzten Unitys 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.

Automatisierte Tests

Mit dem Unity Test Framework erstellten die Ingenieure von VirtaMed Tests, die in der lokalen Entwicklungsumgebung und innerhalb einer simulierten Ausgabe ausgeführt werden konnten, was ihrem interdisziplinären Team half, gute Entwurfsmuster einzuhalten und proaktiv Software-Regressionen während der kontinuierlichen Entwicklung zu vermeiden.

Nutzerreaktionen

Von den Kunden von VirtaMed geschätzt

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

• Die realistische Trainingsumgebung mit der neuesten Grafiktechnologie.
• Integration von echten sensorisierten chirurgischen Instrumenten für praktische Simulationen.
• Lebensechtes, taktiles Feedback, das über fortschrittliche haptische Schnittstellen bereitgestellt wird.
• Die Vielseitigkeit und Modularität der Simulatorplattformen, die den Einsatz in vielen Umgebungen, einschließlich Konferenzen, Schulungszentren und Krankenhäusern, ermöglichen.

Der robotergestützte Simulator bietet eine Mixed-Reality-Plattform, die erstklassiges Training für das gesamte chirurgische Team direkt im Krankenhaus liefert. Dies reduziert oder beseitigt die Notwendigkeit für Laborschulungen, was die Kosten senkt und wiederholtes Training ermöglicht. Der Simulator von VirtaMed ist dem tatsächlichen Roboter bemerkenswert ähnlich und bietet ein nahtloses Erlebnis, das auf die individuellen Trainingsbedürfnisse zugeschnitten ist, was ihn zu einem unschätzbaren Werkzeug für Chirurgen macht, um ihre Fähigkeiten vor dem Betreten des Operationssaals zu verfeinern.

Blick in die Zukunft

Erweiterung der Trainingsmöglichkeiten

VistaMed plant, die chirurgische Kompetenz weiter zu steigern, indem die robotergestützte Simulatorplattform weiter in das Training von chirurgischen Teams integriert wird. Dieser Ansatz ermöglicht Training direkt im Krankenhaus.

Partnerschaften

VirtaMed schätzt Partnerschaften und glaubt, dass Simulationstraining ein wesentlicher Bestandteil der chirurgischen Ausbildung und des Trainings in der roboterbasierten Chirurgie ist. Ihre Zusammenarbeit mit Experten und Gesellschaften zielt darauf ab, Chirurgen und medizinische Fachkräfte weltweit auszubilden, um bessere Patientenergebnisse zu erzielen. Produktentwicklung und kontinuierliche Innovation

VirtaMed verpflichtet sich, ihre Module und andere Produkte zu erweitern, um mehr Verfahren, Fälle, Pathologien, Variationen und Komplikationen abzudecken.