VRATS – Virtual-Reality-Arthroskopie-Trainingssimulator

Zusammenfassung

Unzufriedenheit mit den traditionellen Ausbildungsmethoden in der endoskopischen Chirurgie führte zur Entwicklung eines Arthroskopietrainingssimulators, der Computergraphik und Techniken der Virtuellen Realität (VR) einsetzt. Basierend auf einem kernspintomographischen Bilddatensatz konnte mit Hilfe von Bildverarbeitungsmethoden und Visualisierungstechniken ein realistisches dreidimensionales Modell des Kniegelenks mit allen diagnostisch relevanten anatomischen Strukturen generiert und in den Simulator integriert werden. Die VR-Benutzer-Schnittstelle des Arthroskopietrainingssimulators besteht aus 2 Hauptkomponenten, der 3D-Interaktion, die das Führen der Instrumente realisiert, und der 2D-Benutzungsoberfläche, die das visuelle Feedback und die Kontrolle der Trainingssitzung ermöglicht. Auf diese Weise ist ein intuitives Handling der Instrumente garantiert. Der Chirurg ist in der Lage, eine arthroskopische Untersuchung an einem virtuellen Kniegelenk durchzuführen. Dazu sind auch erste Ansätze zur Simulation von Gewebeverformung implementiert, die aufgrund von Instrumenteinwirkungen auftreten.

Diskussion: Der VR-basierte Trainingssimulator stellt eine Alternative bzw. Ergänzung zu den traditionellen Trainingsmethoden dar. Um die Akzeptanz weiter zu erhöhen, muss jedoch die Integration eines Kraftrückkopplungssystems realisiert werden, das gewebespezifische künstliche Widerstände erzeugt.

Summary

The subject of this paper is a highly interactive medical training system for arthroscopic surgery; this is based on computer graphics and virtual reality (VR) techniques and offers an alternative to conventional training methods. To provide the virtual environment, a realistic 3D representation of the knee joint is derived from 2D medical image data. The use of tracking techniques guarantees an intuitive handling of the surgical instruments. The system allows navigation via a virtual camera and interaction with the virtual anatomical structures. First approaches for the simulation of tissue deformation caused by collisions with the instruments are implemented. One important advantage over conventional training systems is the possibility of verifying the training progress. Work is in progress on the realization of tactile feedback with the aim of providing a higher degree of interactive realism.