Magdeburger Schriften zur Visualisierung: Entwicklung von Verfahren zur interaktiven Simulation minimal-invasiver Operationsmethoden

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Virtual-Reality-Simulatoren unterstützen das Training von Chirurgen und reduzieren die Ausbildungszeit für minimal-invasive Verfahren, die aufgrund ihrer Vorteile für Patienten zunehmend verbreitet sind. Die Arbeit präsentiert ein erweitertes Konzept einer interaktiven Testumgebung, die es Chirurgen ermöglicht, neuartige Behandlungsmethoden und Instrumente zu erproben. Eine Anforderungsanalyse nach dem szenariobasierten Design wurde erstellt, um verschiedene Modellgenerierungs- und Simulationsverfahren zu untersuchen, die die Anforderungen an Testumgebungen adressieren. Während in Trainingsumgebungen Organe simuliert werden, ist die Berücksichtigung von Gefäßen zunehmend wichtig, da umfangreiche Interaktionen mit ihnen während eines Eingriffs erforderlich sind. Ein Simulationsverfahren für Gefäße basierend auf der Gefäßmittellinie wurde entwickelt, um Axial-, Biege- und Torsionskräfte sowie Kräfte durch Querschnittsänderungen zu bestimmen. Zusätzlich wurde ein Verfahren zur adaptiven Generierung von Oberflächenmodellen geringer Komplexität in Abhängigkeit vom Gefäßdurchmesser entwickelt. Prototypische Umsetzungen ermöglichen die interaktive Exploration des Abdomens und visualisieren neben 3D-Ansichten auch CT-Schnittbilder. Ein echtzeitfähiges Verfahren zur Bestimmung kritischer Abstände zwischen Instrumenten und anatomischen Strukturen wurde realisiert, um das Risiko von Verletzungen anderer Organe zu bewerten. Die Genauigkei