BMBF-Verbundprojekt HapticIO

Haptisches Bediensystem als Komponente von "Virtual-Reality" Trainern für die Minimal-Invasive Chirurgie

Hintergrund: Mit dem Virtual Reality basierten Karlsruher Endoskopie- Trainer können in Echtzeit realitätsnahe Operationssituationen (z. B. aus der Laparoskopie oder der Gynäkologie) auf dem Bildschirm simuliert werden, in die der Proband interaktiv eingreifen kann.


Zusammenfassung: In HapticIO werden Grundlagen und Technologien für ein neuartiges haptisches Bediensystem als Komponente von "Virtual-Reality" Trainern für die Minimal-Invasive Chirurgie entwickelt und verifiziert. Es wird ein modulares und skalierbares Konzept verfolgt, das mit geringen Änderungen für unterschiedliche chirurgische Disziplinen eingesetzt werden kann. Nach der Realisierung von Hard- und Software werden die Geräte zum Funktionsnachweis bei klinischen Partnern erprobt, evaluiert und in Kursen mit Anwendern verifiziert. Dazu entwickeln die beteiligten Universitätskliniken zwei unterschiedliche chirurgische VR-Szenarien (Viszeral- und HNO-Chirurgie). Hohe medizinische, technologische und kaufmännische Kompetenz der beteiligten Partner bietet Gewähr für eine schnelle Umsetzung der Ergebnisse aus HapticIO.

Interessierten Studenten werden Studien- und Diplomarbeiten, sowie Tätigkeiten als studentische Hilfskräfte geboten.
Siehe: [Stellenangebote]

Projektziel:

Im Rahmen des BMBF-Verbundprojekts "HapticIO" sollen durch die beteiligten wissenschaftlichen und industriellen Partner die Grundlagen und Technologien für ein neuartiges haptisches Bediengerätesystem (Mechanik, Elektronik, Software) als Komponente von Virtual-Reality Trainingssimulatoren für die Minimal-Invasive Chirurgie (VR MIC-Trainer) entwickelt werden.

Dabei soll ein modulares und für unterschiedliche chirurgische Disziplinen (Viszeral- und Thoraxchirurgie, Traumatologie, Orthopädie, Neurochirurgie, Gynäkologie, HNO usw.) skalierbares Systemkonzept verfolgt werden.

Im Ergebnis werden dokumentierte, verallgemeinerbare Hard- und Softwaremodule für ein haptisches Bediengerätesystem zum Einsatz in "Virtual Reality" (VR) Simulatoren zum Training in der Minimal-Invasiven Chirurgie entstehen. Zum Nachweis der Funktionstüchtigkeit werden die Geräte bei klinischen Kooperationspartnern

erprobt, evaluiert und in klinischen Ausbildungskursen mit Anwendern (Trainees) verifiziert. Als Umsetzungsträger begleitet die Firma Select IT Consulting Services (Prof. Lawo) die gesamte Entwicklung und sichert so den Ergebnistransfer von HapticIO.

Um diese Ziele zu erreichen, sollen im Rahmen des FuE-Verbundvorhabens HapticIO mit den Projektpartnern gemeinsam neue technologische Lösungen erarbeitet werden, die zusammengefaßt wie folgt charakterisiert werden können:

  • Einsatz hochwertiger Leichtbau-Materialien und -Strukturen im Bau der mechanischen Bedieninstrumente;
  • Die gesamte bewegliche mechanische Struktur muß bei hoher mechanischer Festigkeit dennoch geringe Massen und Trägkeitsmomente aufweisen und sollte dadurch bestmögliches dynamisches Bewegungsverhalten aufweisen;
  • Möglichkeit zur direkten Kopplung der HapticIO-Hardware mit der VEST-Simulation über eine Industriestandard Schnittstellenkarte;
  • Aufbau der Leistungselektronik-Einheit mit kommerziell verfügbaren Leistungsverstärkern mit Analog-Eingängen;
  • Entwicklung einer Haptik-Bibliothek, die eine direkte Anbindung der Treiber-Software an die VEST-Simulation ermöglicht.

Ausgehend von den genannten technologischen Fragestellungen lassen sich die FuE-Arbeiten des Vorhabens HapticIO in vier Hauptaufgabenbereiche unterteilen:

  • HapticIO-Systementwicklung (Teilprojekt FZK), untergliedert in:
    • Instrumenten-Mechanik und Geräteträger,
    • Schnittstellenkarte (PCI-Bus) und Treibersoftware,
    • Leistungselektronik,
    • Haptik SW-Bibliothek
  • Pilot-Anwendung Viszeralchirurgie (Teilprojekt: FU-Berlin),
  • Pilot-Anwendung Kopfchirurgie(Teilprojekt: Universität Leipzig)
  • Begleitende FuE-Arbeiten zum Ergebnistransfer (Teilprojekt: select IT)

Aus diesen FuE-Kernaufgaben resultieren die für das Vorhaben notwendigen einzusetzenden partnerschaftlichen Kompetenzen und das Know-how der beteiligten Verbundpartner. Die einzelnen Arbeiten sind eng miteinander verknüpft und werden in einem systemorientierten Ansatz durchgeführt.


Webmaster: Dr. U. Kühnapfel .
Letzte Änderung 15. Juni 2001.
E-mail: jet@iai.fzk.de


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