Medizinische Simulationsumgebung für die Leistungserfassung und das Training von multidisziplinären Teams
Epidemiologie und Medizinische Biometrie/Statistik
Softwaretechnik und Programmiersprachen
Sozialpsychologie und Arbeits- und Organisationspsychologie
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Simulationen chirurgischer Operationen werden zunehmend komplexer, um deren Komplexität besser abzubilden. Es werden verstärkt mixed-reality (MR) Simulatoren eingesetzt, die kritische (Lern)Anforderungen realer Operationen besser abbilden. Unser Projekt verfolgte die Entwicklung einer chirurgischen Trainingsumgebung unter Einsatz von MR-Komponenten. Diese ermöglichen das Training einer Vertebroplastie in einer simulierten OP-Umgebung mitsamt der Erfassung von chirurgischen Fertigkeiten. Das schloss auch nicht-technische Fähigkeiten des OP-Teams ein, also intraoperative Kommunikation, Koordination und Zusammenarbeit. Das Forschungsprojekt wurde schrittweise bearbeitet: ein interdisziplinäres Team aus Medizinern, Psychologen und Informatikern startete mit einer systematischen Übersichtsarbeit sowie kognitiven Aufgabenanalysen, um die Anforderungen an die Simulationsentwicklung zu definieren. Auf Basis von Beobachtungen in verschiedenen OPs sowie Experteninterviews mit Chirurgen, Anästhesisten und OP-Pflegekräften wurden die Anforderungen für die Simulationsumgebung spezifiziert und technisch realisiert. Die entstandene MR-Simulationsumgebung besteht aus mehreren Komponenten wie optischen Trackingkameras, einem abgedeckten Knochenmodell (3D-Druck), C-Bogen, chirurgischem Instrumentar (insbes. Trokar sowie Zementinjektionssystem), sowie dem Monitor für das virtuell generierte Röntgenbild. Zudem wurde die Erfassung technischer und nicht-technischer Fertigkeiten während des Eingriffs vorangetrieben. Die Umsetzung solcher Leistungsmaße bzw. –maßstäbe können grundsätzlich durch das System selbst (als automatisiertes Feedback) oder auch durch konventionelle Beurteilung durch Experten erhoben werden. Im Projekt wurden zwei Nutzerstudien mit Chirurginnen und Chirurgen durchgeführt, evaluiert und publiziert, um nicht nur eine kritische Beurteilung seitens der Fachexperten zu gewinnen sondern auch um weitere Einsichten zum Zusammenspiel von technischen und nicht-technischen Fähigkeiten effektiver Teamarbeit im OP zu generieren. Die Ergebnisse zeigen, dass die VR-Simulationsumgebung sehr valide beurteilt wird und realitätsnahe Vertebroplastie-Prozeduren erlaubt. Mit der Förderung wurden substantielle Erkenntnisse zur Entwicklung effektiver Trainingsumgebungen gewonnen, um einen Beitrag zu Patientensicherheit und Versorgungsqualität in der Orthopädie und Wirbelsäulen-Chirurgie zu leisten.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2017). A Mixed-Reality Approach to Radiation-Free Training of C- arm Based Surgery, in: Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention − MICCAI 2017, Lecture Notes in Computer Science. Presented at the International Conference on Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention, Springer, Cham, pp. 540–547
Stefan, P., Habert, S., Winkler, A., Lazarovici, M., Fürmetz, J., Eck, U., Navab, N.
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(2017). Virtual-reality based simulators for medical spine procedures: A systematic review. The Spine Journal, 17(9), 1352-1363
Pfandler, M., Lazarovici, M., Stefan, P., Wucherer, P., & Weigl, M
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(2018). A radiation-free mixed-reality training environment and assessment concept for C-arm-based surgery. Int J Comput Assist Radiol Surg 13, 1335–1344
Stefan, P., Habert, S., Winkler, A., Lazarovici, M., Fürmetz, J., Eck, U., Navab, N.
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(2018). Erweiterte Realität in der Chirurgie von O & U. Orthopädische Nachrichten (VSOU-Special), Biermann Verlag
Navab, N., Stefan, P., von der Heide, A., Fürmetz, J., Bork, F. & Euler, E.
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(2018). Mixed-reality Simulationsumgebung: Chirurgische Teamarbeit am Beispiel der Vertebroplastie. Orthopädische Nachrichten (Special Rücken/Wirbelsäule), Biermann Verlag
Pfandler, M., Stefan, P., Lazarovici, M., Wucherer, P., & Weigl, M.
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(2018). Stepwise development of a simulation environment for operating room teams: the example of vertebroplasty. Advances in Simulation, 3:18
Pfandler, M., Stefan, P., Wucherer, P., Lazarovici, M. & Weigl, M.
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(2018). Teamtraining und Assessment im Mixed-reality-basierten simulierten OP. Der Unfallchirurg, 121(4), 271-277
Stefan, P., Pfandler, M., Wucherer, P., Habert, S., Fürmetz, J., Weidert, S., Euler, E., Eck, U., Lazarovici, M., Weigl, M. & Navab, N.
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(2019). Say, What Is on Your Mind? Surgeons' Evaluations of Realism and Usability of a Virtual Reality Vertebroplasty Simulator. Surgical Innovation, 26(2), 234-243
Koch, A., Pfandler, M., Stefan, P., Wucherer, P., Lazarovici, M., Navab, N., Stumpf, U., Schmidmaier, R., Glaser, J., & Weigl M.
