Patientenindividuelle 4D Virtual Reality Simulation von Punktionen und Radiofrequenz-Ablationen in atmungsbewegten virtuellen Körpermodellen

• Antragsteller: Professor Dr. Heinz Handels
• Fachliche Zuordnung: Epidemiologie und Medizinische Biometrie/Statistik
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 164376412

Im Rahmen des Projektes werden Methoden für die realitätsnahe visuo-haptische VR-Simulation von Atembewegungen in virtuellen Körpermodellen entwickelt. Anwendungsbereiche sind die patientenindividuelle Planung und das Training von Punktionen und Radiofrequenz-Ablationen unter Atembewegung. Auf einen statischen 3D-Bilddatensatz des Patienten werden sowohl individuelle als auch mittlere 4D-Bewegungsmodelle angewendet, die aus 4D-Bilddaten extrahiert wurden und zur voxelbezogenen Beschreibung realer Atembewegungen dienen. Mithilfe surrogatbasierter 4D-Bewegungsmodelle wird zudem die Variabilität der Atmung in verschiedenen Atmungszyklen realitätsnah simuliert. Mittels nicht-linearer Registrierungsverfahren werden die anatomischen Unterschiede zwischen der Modell- und der Patientenanatomie kompensiert und die 4D-Organbewegungen auf die statischen 3D-Patientendaten zur Animation übertragen. Die 4D-Bewegungsmodelle werden in ein visuo-haptisches Framework integriert, das die haptisch-visuell gesteuerte Interaktion der Punktions- bzw. Ablationsnadel mit dem atmenden virtuellen Körper ermöglicht. Für die visuo-haptische 4D-Darstellung der bewegten 3D-Bilddaten in Echtzeit werden spezielle volumenbasierte 4D-Renderingtechniken parallelisiert und laufzeitoptimiert auf der GPU implementiert. Weiterhin wird insbesondere für Punktionen und Radio-Frequenz-Ablationen im zwerchfellnahen Bereich untersucht, welche Auswirkungen die Atembewegung auf die 4D-Nadelpfadplanung sowie die biophysikalische Simulation der RFA-Ablation im Vergleich zur Planung und Simulation im statischen 3D-Datensatz hat. Neben der Evaluation der einzelnen Methoden und Systemkomponenten wird abschließend eine Gesamtevaluation des VR-Trainingssimulators für die RF-Ablation unter Atembewegung im Rahmen einer Benutzerstudie durchgeführt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Andre Mastmeyer