Entwicklung echtzeitfähiger geometrischer Verfahren für eine interaktive chirurgische Simulation

• Applicant: Professor Dr. Jan Stephen Bender
• Subject Area: Image and Language Processing, Computer Graphics and Visualisation, Human Computer Interaction, Ubiquitous and Wearable Computing
• Term: from 2012 to 2017
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 221909711

In diesem Projekt sollen effiziente und stabile Simulationsverfahren entwickelt werden, die das physikalische Verhalten deformierbarer Körper realistisch nachbilden und eine Modifikation der Modelle in Echtzeit erlauben. Diese Verfahren sollen in interaktiven chirurgischen Simulationen zum Training von medizinischem Fachpersonal eingesetzt werden. In diesem Bereich werden sehr hohe Anforderungen an die Geschwindigkeit und Stabilität gestellt. Außerdem muss das Verhalten der Organe realistisch nachgebildet werden. In den letzten Jahren wurden neue, sehr effiziente und bedingungslos stabile Simulationsverfahren entwickelt, die auf geometrischen Methoden basieren. Diese Verfahren sollen weiterentwickelt werden, so dass sie erstmals für medizinische Simulationen genutzt werden können. Dadurch sollen interaktive Simulationen mit sehr detaillierten Modellen möglich werden. Um sicherzustellen, dass die Verfahren für die chirurgische Simulation geeignet sind, soll die interaktive Entfernung eines Tumors in der Leber simuliert werden. Die benötigten physikalischen Modelle sollen aus realen Patientendaten generiert werden. Bei der Operation sollen verschiedene Arten von Körpern stabil miteinander interagieren können: Starrkörper (z.B. Skalpell) und deformierbare Körper (z.B. Organe, Arterien). Weiterhin wird eine sehr effiziente Kollisionserkennung und eine robuste Kollisionsbehandlung mit Reibung benötigt. Für einen virtuellen chirurgischen Eingriff sollen realistische Risse und Schnitte unterstützt werden. Außerdem sollen adaptive Modelle entwickelt und eine GPU-basierte Optimierung untersucht werden, um die Geschwindigkeit weiter zu steigern.

• DFG Programme: Research Grants