Methoden für die patienten- und krankheitsfallspezifische Simulation minimal-invasiver Interventionen an der Leber

In dieser Arbeit werden die Grundzuge der verwendeten Methoden unseres Simulationssystems fur laparoskopische Eingriffe vorgestellt, die eine Verwendung patientenindividueller Daten und die Erzeugung zusatzlicher generierter Variationen erlauben. Der Schwerpunkt liegt auf der realitatsnahen Echtzeitsimulation von Organmodellen fur die laparoskopische Simulation. Wir stellen dabei eine Methode vor die geometrischen Reprasentationen von Organmodellen so zu adaptieren, dass einer Schnittfuhrung moglichst entsprochen werden kann. Des Weiteren werden Methoden vorgestellt, um die Wechselwirkungen zwischen Organen, Gefasen und Erkrankungen in Echtzeit zu simulieren und perspektivisch eine Simulationsumgebung fur die Weiterbildung von erfahrenen Chirurgen und Chirurgen in der Ausbildung zu ermoglichen. Schlusselworte: Chirurgiesimulation, minimal-invasiv, Echtzeit 1 Problem Die Simulation chirurgischer Eingriffe erlaubt das patientenferne Training von teils neuen Operationsmethoden und das T esten verschiedener, ggf. auch neuartiger Instrumente. Sie bietet die Moglichkeit, spezielle Krankheitsfalle und Auspragungen gezielt zur Verfugung zu stellen und unabhangig von der realen Verfugbarkeit virtuell zu operieren. Simulatoren im Bereich der minimal-invasiven Chirurgie besitzen damit das Potential, auf die jeweiligen Fahigkeiten der trainierenden Person adaptierbar zu sein. Dabei sollten sowohl reale Falle verfugbar sein, als auch kunstliche Modifikationen dieser Falldaten moglich sein, um den Schwierigkeitsgrad der Intervention variieren zu konnen. Dies bietet die Basis um sowohl Anfanger als auch Experten im Training zu unterstutzen. Medizinische Simulatoren werden bereits in der Knochen- und Zahnchirurgie zur Aus- und Weiterbildung verwendet. Obwohl in der Viszeral- und Gefaschirurgie bereits Simulatoren kommerziell verfugbar sind, werden Sie noch nicht routiniert in der Aus- und Weiterbildung eingesetzt. Die Simulation von weichem Gewebe stellt heute noch eine grose Herausforderung fur die interaktive Echtzeitsimulation dar, insbesondere weil organisches Gewebe sehr inhomogen ist und nicht lineare Materialeigenschaften aufweist. Eine weitere Einschrankung besteht durch die Anzahl der verfugbaren Szenarien in einer Simulation. Neben Einstiegsszenarien fur das Training der Hand-Auge Koordination und des Umganges mit den chirurgischen Instrumenten stellen realitatsnahe Szenarien den Schwerpunkt aktueller Arbeiten dar. Wahrend fur erfahrene Chirurgen patientenspezifische Szenarien einen potentiellen Mehrwert darstellen sind fur Chirurgen in der Ausbildung Szenarien erforderlich, die Routineeingriffe darstellen und einen guten Einstieg in die etablierten Methoden ermoglichen. Allerdings ist die Generierung der erforderlichen 3-D Modelle ausschlieslich fur Trainingszwecke haufig nicht praktikabel. Patientenspezifische Szenarien fur das Training von Experten konnen jedoch prinzipiell auf den 3-D Modellen basieren, die auch fur die pre-operative Planung verwendet werden. In dieser Arbeit stellen wir neue Methoden fur die viszeral-chirurgische Simulation vor. Wir stellen hierbei Methoden vor, um moglichst freie Interaktionen in Echtzeit mit realitatsnahen Organmodellen zu ermoglichen. Die Simulation des Weichgewebes und die Realisierung von Schnitten, die topologischen Anderungen der Geometrien entsprechen, werden dabei in Echtzeit durchgefuhrt. Die Kombination von geometrischen Modellen und der gegenseitige Einfluss werden verwendet um nicht nur das Training Chirurgen in der Ausbildung, sondern auch fur die Weiterbildung chirurgischer Experten ermoglicht. Insbesondere fur das Training von Fertigkeiten wahrend der Ausbildung konnen anteilig generierte Szenarien eine grose Variation von Trainingsszenarien gewahrleisten.