Haptische Simulation minimal invasierter Eingriffe zur Integration in einen VR-basierten Trainingssimulator

In der chirurgischen Ausbildung stellen VR-basierte Trainingssimulatoren eine sinnvolle Alternative zu den traditionellen Trainingsmethoden dar. Mit Hilfe solcher Systeme ist ein Üben der komplizierten, minimal invasiven Eingriffe (z.B. Laparoskopie, Endoskopie) ohne Patientenkontakt möglich. Eine besondere Problematik in diesem Kontext bildet die Generierung eines realitätsnahen haptischen Feedbacks bei Interaktionen zwischen chirurgischen Instrumenten und anatomischen Strukturen. Diese Arbeit vermittelt einen Überblick über den Stand der Forschung im Bereich des haptischen Renderings und der haptischen Schnittstellen für medizinische Trainingssimulatoren. Kernstück der Arbeit bildet die Entwicklung eines allgemeinen Verfahrens zur haptischen Simulation minimal invasiver Eingriffe. Das Konzept beschreibt einen Algorithmus für oberflächenbasiertes haptisches Rendering mit strahlenbasierter Interaktion. Die Generierung von haptischen Reizen zur Simulation gewebespezifischer Eigenschaften wie Form, Steifigkeit, Elastizität, Viskosität und Oberflächeneffekten wie Textur und Reibung ist ebenso wichtiger Bestandteil des Konzepts wie ein Multithread-Modell. Diese Multithread-Struktur verbessert die Performanz und die Adaptierbarkeit des Systems. Insbesondere wird die Berechnung rotatorischer Kräfte und die Simulation von mehreren haptischen Schnittstellen eingeführt. Eine exemplarische Implementierung realisiert die Generierung von Force bzw. Torque Feedback mit zwei haptischen Schnittstellen vom Typ Laparoscopic Impulse EngineTM. Dabei wurden Forceupdate-Raten von weit über 1kHz erreicht. Ein Konzept zur Integration der haptischen Simulation in ein bestehendes VR-basiertes Traininssystem bildet den Abschluß der Arbeit.