Virtuelle- und Trainings-Operationen

1. Virtuelle- und Trainings-Operationen Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik Lehrstuhl für Kommunikationstechnik Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Kays cand. ing. Wolfgang Hoßbach Wolfgang.Hossbach@udo.edu

2. Einleitung • Herkömmliche Trainingsmethoden • Virtuelle Operationen • Simulation • Vr-Sur Projekt • Fazit und Ausblick Inhalt

3. Training für Operationen wird durchgeführt an: • Lebenden Tieren • Toten Menschen • Lebenden Patienten (unter Aufsicht) Herkömmliches Operationstraining

4. Gefahr für die Patienten • Nicht Reproduzierbar • Unterschiede zwischen Tieren und Menschen • Keine Reaktionen der toten Körper Probleme der herkömmlichen Methode

5. Verbesserung durch virtuelle Operationen • Reproduzierbar • Realere Bedingungen • Keine Gefahr für Patienten • Auch außergewöhnliche Fälle können trainiert werden Vorteile der Virtuellen Operation

6. Offene Operationen können noch nicht Simuliert werden • Direkte Berührungen durch den Arzt • Viele verschiedene Werkzeuge • Viele verschiedene Organe • Bei minimalinvasiven Eingriffen einfacher • Begrenztes Anwendungsgebiet • Speziellere Werkzeuge und Methoden Möglichkeiten der Virtuellen Operation

7. Einleitung • Simulation • Allgemein • Finite Elemente Methode • Mass Springs Methode • Smoothed Particle Hydrodynamics • Vr-Sur Projekt • Fazit und Ausblick Inhalt

8. Bildausgabe • Monitor • Eingabegeräte • Wie die reellen Instrumente • Force feedback • Computer zur Simulation • Organe und der Umgebung • Interaktion der Organe mit den Instrumenten • Echtzeit Bestandteile eines Simulators

9. Beschreibt das elastische 3-D Verhalten der Organe • Finite Elemente (FIM) • Nicht in Echtzeit berechenbar • Mass-Springs Methode • Weniger Rechenaufwand • Unrealistisches Verhalten bei 3-D Objekten • Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) als Ersatzmöglichkeit. • Simulation der Materialien als Partikelmengen • Auch Flüssigkeiten Modellierbar • Effektive Collision Detection und Collision Response nötig Modell zur Interaktiven Simulation von Organen

10. Objekt wird durch Flächen und Linien in „finite Elemente“ unterteilt • Verbunden durch Knoten • Jedes Element wird einzeln berechnet Finite Elemente

11. Objekte sind Menge von Massepunkten • Massepunkte (Nodes) sind durch Federn (Springs) Verbunden Mass-Springs Methode

12. Objekt wird als Menge von Partikeln gesehen • Jedes Partikel trägt Attribute • Geschwindigkeit • Masse • Eigenschaften werden in den umliegenden Raum „verschmiert“ Smoothed Particle Hydrodynamics

13. Dieskretisierung aus 120 Partikeln

14. Diskretisierung mit 950 Partikeln

15. Einleitung • Simulation • Vr-Sur Projekt • Aufbau • Scenario Generator • Fazit und Ausblick Inhalt

16. Simulation von minimalinvasiven Eingriffen • Vielseitige Einsetzbarkeit • Polytechnische Universität von Valencia Vr-Sur Projekt

17. Vr-Sur(2)

18. Extrahiert aus den 3-D Bildern die Organe Vr-Sur Scenario Generator

19. Reele Organe werden mit Synthetischen Models kombiniert • Die Deformationen werden auf einem Parallelrechner ausgewertet Vr-Sur Scenario Generator

20. Vr-Sur Scenario Generator

21. Einleitung • Simulation • Vr-Sur Projekt • Fazit und Ausblick Inhalt

22. Virtuelle Operationen • Wichtige Trainingsmethode • Minimalinvasive Operationen schon sehr ausgereift • Weniger Risiken Fazit

23. Verbesserungsmöglichkiten • Modelle • Computertechnik • Damit größerer Einsatzbereich • Auch offene Operationen machbar • Bedeutung wird zunehmen Ausblick