Virtuelle Trainings für den echten Notfall

Mixed-Reality unterstützt Ausbildung in Rettungsdienst und Notfallpflege

Die erste Notfallversorgung ist für Auszubildende oft überwältigend. Um die Neulinge bei den ohnehin schon stressreichen Umständen nicht komplett ins kalte Wasser zu werfen, werden sie in Vorbereitungskursen an die Situation gewöhnt. Wie immer in der Aus- und Weiterbildung gilt dabei das Motto »Je realitätsnäher, desto besser.« Im Projekt ViTAWiN wird deshalb eine VR-/AR-Simulationsumgebung für Aus- und Weiterbildungskurse in der professionellen Notfallversorgung entwickelt. Eine umfassende Zielgruppenanalyse und die Entwicklung des medizindidaktischen Designs sind zentrale Elemente der Trainings, die vom Fraunhofer-Institut für Experimentelles Software Engineering IESE entwickelt werden. Am Ende soll eine Simulation mit erhöhtem Realitätsgrad stehen, die für eine effektivere notfallmedizinische Ausbildung sorgt.

In Deutschland müssen Rettungskräfte jeden Tag rund Dreißigtausendmal ausrücken. Sie kümmern sich um kleinere Blessuren ebenso wie um gefährliche Verletzungen. Sie leisten Hilfe bei akuten Gesundheitsbeschwerden und übernehmen die Erstversorgung Schwerverletzter bei Unfällen oder Katastrophen. Die Notfallsanitäter*innen müssen auf jeden medizinischen Notfall bestmöglich vorbereitet und eingespielt sein – als Team vor Ort genauso wie bei der Zusammenarbeit mit den Notfallpfleger*innen in den Kliniken. Trainings in der virtuellen Welt werden dabei immer wichtiger.

Eine stark blutende Wunde, akute Atemnot oder ein stechender Schmerz in der Brust – in einem Notfall zählt jede Minute. Ob zu Hause, im Betrieb, auf der Baustelle oder an der Straßenkreuzung – Notfallsanitäter*innen sind am Einsatzort meist die ersten medizinischen Fachkräfte. Gerade angekommen müssen sie in kürzester Zeit den Zustand des oder der Patient*in einschätzen und die Erstversorgung übernehmen. Damit sie auch in besonders belastenden Situationen kompetent und verantwortungsvoll agieren können, müssen sie nicht nur über spezifische Kenntnisse in der Notfallmedizin verfügen. Sie müssen auch möglichst genau wissen, welcher der Kolleg*innen welche Aufgaben übernimmt und wie die Notfallgeräte eingesetzt werden. »Bei diesen Einsätzen muss jeder Handgriff sitzen. Bei der Aus- und Weiterbildung der Notfallkräfte steht – neben dem Know-how an sich – deshalb vor allem möglichst das praktische Üben im Mittelpunkt«, betont Thomas Luiz vom Fraunhofer-Institut für Experimentelles Software Engineering IESE.

Medizinische Notfallsituationen intensiv trainieren ist allerdings leichter gesagt als getan. Hand anlegen und den menschlichen Körper zu behandeln lässt sich zwar üben, wenn Ausbildende oder Kolleg*innen die Person in Not mimen. Und das Reanimieren oder das Setzen einer Infusionsnadel kann notgedrungen an einer lebensnah geformten Kunststoff-Puppe trainiert werden. Für komplexe Handlungsabläufe aber suchen die Ausbilder*innen immer wieder nach Alternativen, mit denen sich spezielle Notfallsituationen unterbrechungsfrei und möglichst realistisch simulieren lassen.

Welche Techniken dafür sinnvoll sind, haben Luiz und sein Team gemeinsam mit Partnern aus Wissenschaft und Industrie nun in einem vom Bundesministerium für Bildung und Forschunggeförderten Projekt erforscht. In »ViTAWiN« haben sie eine Virtual Reality (VR)-Umgebung erschaffen, die bereits bewährtes Übungsequipment der Rettungskräfte so ergänzt, dass Notfalleinsätze erheblich realitätsnäher als bisher durchlebt und interaktiv bewältigt werden können. Und das sowohl im Rahmen von speziellen Einzel- wie auch von Gruppentrainings.

Praxisübung im virtuellen Raum

Die Projektpartner nutzen dafür umfangreiche Erfahrungen und Ergebnisse des Vorgängerprojekts »epicsave«, das die meisten der heutigen Partner bereits vor einigen Jahren gemeinsam initiiert und durchgeführt hatten. Dabei hatten sie ein VR-System zur Übung der Akutversorgung eines lebensbedrohlichen allergischen Schockzustands entwickelt: Ausgerüstet mit VR-Brille und Handcontrollern begeben sich die Übenden dabei in eine virtuelle Szenerie und behandeln mit Händen und Equipment aus dem virtuellen Notfallkoffer einen Patient*innen-Avatar (siehe auch InnoVisions-Beitrag »Seltener medizinischer Notfall: Sanitäter vorbereitet?«). »In einer vereinfachten Form ergänzen die VR-Trainings das Üben mit schauspielenden Menschen oder Simulationspuppen mittlerweile so gut, dass sie bereits in vielen notfallmedizinischen Aus- und Weiterbildungseinrichtungen im Einsatz sind«, erzählt Luiz. Das immersive Erleben bei den Übungen werde immer wieder betont. Andererseits war es in den VR-Szenarien bislang nicht möglich, haptisch zu agieren. Und auch das emotionale Feedback der »Patient*innen« in der virtuellen Welt hatten die Teilnehmer*innen vermisst. »Mit ViTAWiN gehen wir hier einen deutlichen Schritt weiter und bieten Sanitäter*innen und Pfleger*innen eine Mixed-Reality(MR)-Umgebung, die VR-Immersion und das Üben am realen Objekt miteinander verbindet«, sagt Luiz.

Lernen mit Fühlen und Gefühlen

Doch diesen »deutlichen Schritt« mussten die Forscher*innen intensiv vorbereiten. Beispielsweise, weil nun die Avatare aktiv Gefühle vermitteln sollen: Menschliche Mimik etwa, verschiedene Abstufungen von Schmerzlauten oder auch körperlich-akustische Reaktionen wie etwa ein typisches Ausatmen als Ausdruck der Erleichterung. »Die unmittelbaren Reaktionen der Avatare auf die Versorgung müssen dabei auf die Hilfskräfte natürlich wirken und in ihrer Bedeutung klar sein«, erklärt Luiz. Das entsprechende Sprach- und Mimik-Set entwickelten die Projektpartner im Rahmen von Workshops gemeinsam mit möglichen Anwender*innen.

Mit dem aktuellen Prototyp des MR-Trainingssystems können sowohl einzelne Übende als auch mehrere Personen als Team nun an einer Simulationspuppe haptisch mit echtem Equipment agieren. Sie sehen, was sie real an dem künstlichen Körper tun, allerdings legt die Brille nun das Abbild einer natürlich empfindenden und reagierenden Person über diese Puppe. Im Idealfall empfinden sie die MR-Welt als so real, als würden sie sich tatsächlich in der jeweiligen Extremsituation befinden. »Unsere Evaluationen in den Ausbildungsstätten zeigen, dass die Simulationen bereits als so realistisch empfunden werden, dass die Teilnehmer*innen sehr intensiv und wirklichkeitsgetreu üben können«, sagt Luiz. Dafür aber, so der Experte, sei ein intensiver und aufwendiger Entwicklungsprozess nötig gewesen.

Aufwendiger Entwicklungsprozess

Im Mittelpunkt der technischen Forschungen des Konsortiums stand dabei das Ausarbeiten hochpräziser Tracking- und Matching-Algorithmen. Nur dank ihrer Berechnungen wird es möglich, die virtuelle Welt und Elemente der realen Welt zeitlich und örtlich in Übereinstimmung zu bringen. Und das während des gesamten Übungsszenarios. »Diese Exaktheit ist technisch enorm aufwendig, aber auch unverzichtbar«, so Luiz. Warum dies so wichtig ist, verdeutlicht er an einem Beispiel: Angenommen, der oder die Übende führt mit seinen oder ihren Händen eine Injektionsnadel in die Puppe ein. In der VR-Ansicht jedoch befindet sich die Nadel noch einige Millimeter über diesem Arm. Die Folge wären Irritationen und ein Ende des immersiven Empfindens. »Der oder die Trainierende ist dann damit beschäftigt, den Bruch zwischen dem Tun der eigenen Hände und dem, was er oder sie sieht, zu verstehen. Die eigentliche Aufgabe gerät in den Hintergrund «, sagt Luiz. Bei ViTAWiN treten solche Brüche kaum noch auf.

Virtuelle Rettungskette bis in den Schockraum

Neu im Unterschied zum Vorgängerprojekt ist bei ViTAWiN auch die Breite möglicher Nutzer*innengruppen. Die virtuellen Trainings-Sets adressieren nun nicht mehr nur die Arbeit der Notfallsanitäter*innen am Einsatzort oder im Rettungswagen. Auch Notfallpfleger*innen können und sollen das Mixed-Reality-System nutzen. Sie trainieren dann unter anderem die Versorgung verletzter oder akut erkrankter Personen unmittelbar nach Einlieferung durch den Rettungsdienst.

Ein Abschnitt in der Rettungskette aber fehlt noch: Die Überführung der Notfallpatient*innen aus dem Rettungswagen in den Schockraum der Klinik. Dabei verstreichen zwar nur wenige, aber besonders wichtige Minuten für eine optimale Notfallversorgung. Notfallsanitäter*innen und Notfallpfleger*innen arbeiten dabei zwar nur kurz zusammen. Aber dennoch muss jeder Handgriff sitzen und die Kommunikation über den Zustand und Versorgungsstatus der Not leidenden Person effizient und ohne Missverständnisse erfolgen. »Weil also beide Berufsgruppen nicht nur untereinander, sondern auch miteinander eingespielt sein müssen, haben wir auch diese Zusammenarbeit in ViTAWin realisiert«, sagt Luiz. Dafür sei allerdings notwendig, die Mixed-Teams zusammenzubringen. Die Ausbildung von Einsatzkräften und Notfallpfleger*innen erfolgt aber in der Regel getrennt. »Mit unserem System können sie dennoch zur gleichen Zeit gemeinsam trainieren«, betont Luiz. Beide Trainingsparteien begeben sich dazu an ihrem jeweiligen Ausbildungsort mithilfe der VR-Brillen, Handcontroller und Simulationspuppe in die Mixed-Reality-Szenerie. Die Software übernimmt die Rolle des Teleporters und bringt beide Teams ortsunabhängig in derselben VR-Visualisierung zusammen.

(stw)

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