DE4225519A1

DE4225519A1 - Rechnergesteuertes System zur Simulation von Manipulationen in Hohlräumen, u. a. auch in solchen des menschlichen Körpers

Info

Publication number: DE4225519A1
Application number: DE19924225519
Authority: DE
Inventors: Roland Maier; Frank Dr Med Fueting; Ulrich Dr Ing Fligge
Original assignee: MAIER ROLAND DIPL MATH
Current assignee: MAIER ROLAND DIPL MATH
Priority date: 1992-08-01
Filing date: 1992-08-01
Publication date: 1994-02-03

Description

Methode zur dreidimensionalen Simulation dreidimensionaler Hohl räume mittels eines Simulationsrechnersystemes und perspektivisch korrekte Darstellung aller Bewegungsabläufe auf einer Bildebene, zur Erprobung und Weiterentwicklung medizinischer Techniken.

Erläuterung

Mit Hilfe einer Hochleistungsworkstation - Detail 1.1 - (oder einer adäquaten Einheit) und einer Spezialrechnereinheit - Detail 1.2 -, ge nannt "Echtzeitbildgenerator" werden auf Darstellungsebene - Detail 1.3 -, z. B. Videoprojektoren, Helmet Mountet Displays bzw./oder auf Monitoren simulierte Hohlräume - Detail 1.4 - dargestellt, in denen sich der trainierende Arzt mit Hilfe eines Handhabungssystemes - Detail 1.5 - frei bewegen kann.

Erster besonderer Schwerpunkt dieser Methode ist es, den simulier ten Hohlraum exakt dreidimensional zu gestalten, wodurch es jeder zeit ermöglicht wird, sich perspektivisch exakt in jede beliebige simu lierte dreidimensionale Position in diesem Hohlraum zu bringen.

Somit können anatomische (gesunde und krankhafte) Strukturen in menschlichen Hohlräumen von jeder beliebigen Position aus in die sem dreidimensionalen Raum betrachtet werden (z. B. Funktion und Fehlfunktion einer Herzklappe können sowohl vom Vorhof als auch von der Herzkammer oder jeder anderen beliebigen Position aus be trachtet werden).

Zweiter besonderer Schwerpunkt dieser Methode ist es, daß das Sy stem mit Hilfe geeigneter Algorithmen erkennt, wie nahe es der Wandung ist und somit in der Lage ist auf Berührung der Wandung mit der Aktivierung von Hemmkräften - Detail 1.6 - zu reagieren. Dies ist möglich, daß der Wandung eine bestimmte Elastizität zugeordnet wird. Diese Hemmkräfte wirken direkt am Originaluntersuchungsin strument - Detail 2.4).

Dritter besonderer Schwerpunkt ist es, die eben genannte Methode der Abstandsmessung nicht nur auf die Position des Beobachters, sondern auch auf Behandlungsinstrumente, wie Nadel, Skalpell, Körbchen, Schaber, etc. anzuwenden, um so eine realitätsgetreue Behandlung zu ermöglichen.

Das heißt, die Methode gestattet es, einen Schnitt auf der Darmwand "tatsächlich" auszuführen.

Vierter besonderer Schwerpunkt dieser Methode ist es, die dreidi mensionalen Hohlraumflächen - Detail 1.7 - mit realistischen Bildin halten zu belegen, um so dem Arzt die Orientierung zu erleichtern und um Krankheitsbilder sichtbar zu machen. Die aufgelegten Bildin halte entsprechen fotografischer Qualität und können aus realen Abbildungen gewonnen werden. Mit Hilfe geeigneter Algorithmen werden sie perspektivisch so verrechnet, daß sie geometrisch korrekt dargestellt werden, egal von welcher Position aus der Beobachter die Oberfläche betrachtet.

Fünfter besonderer Schwerpunkt der Methode ist es diese Auflage von fotografischen Bildinhalten auch auf Krankheitssymptome anzu wenden. Aus einer Bibliothek von verschiedenen Bildinhalten können dann beliebige Kombinationen zusammengestellt werden.

Methode zur dynamischen Vermessung und Lageberechnung eines bewegbaren, flexiblen oder starren Untersuchungs- /Behandlungsschlauches und/oder -Werkzeugs in einer digitalen dreidimensionalen Hohlraumdatenbasis, sowie zur Manipulation an digital dreidimensional dargestellten Strukturen.

Erläuterung

Mit Hilfe einer Hochleistungsworkstation - Detail 2.1 - (oder einer adäquaten Einheit) und einer Spezialrechnereinheit - Detail 2.2 - ge nannt "Echtzeitbildgenerator" wird das dynamische Verhalten von flexiblen/starren Schläuchen und Werkzeugen in Hohlraumdatenba sen nachgebildet.

Erster besonderer Schwerpunkt dieser Methode ist es, daß dieser Bildgenerator mit Hilfe geeigneter Algorithmen eine Abstandsmes sung der momentanen Schlauch/Werkzeuglage zu den Hohlraum wandungen, in denen er sich befindet, durchgeführt - Detail 2.3 - und für die Berührungsstellen Wand/Schlauch die Berührungseigenschaf ten beschreibt.

Zweiter besonderer Schwerpunkt dieser Methode ist es, daß die Workstation mit Hilfe der gewonnenen Abstands- und Berührungsei genschaften das dynamische Verhalten des simulierten Schlauches (Werkzeuges) mit Hilfe geeigneter Algorithmen nachbildet.

Dritter besonderer Schwerpunkt dieser Methode ist es, daß die Workstation diese Informationen auch dazu benutzt, um Aktuatoren, die auf das Handhabungsgerät - Detail 2.4 - wirken, zu simulieren, so daß der untersuchende Arzt der Wirklichkeit entsprechende Gegen kräfte empfindet.

Vierter besonderer Schwerpunkt dieser Methode ist es, daß die Lei stungen der Komponenten so gewählt werden, daß die Messungen, Berechnungen und Simulationen so häufig pro Sekunde durchgeführt werden können, daß der untersuchende Arzt den Eindruck einer kon tinuierliche Handlung erhält, d. h. daß er Teil eines geschlossenen Regelkreises - Detail 2.5 - wird.

Claims

1. Methode zur dreidimensionalen Simulation dreidimensionaler Hohl räume mittels eines Simulationsrechnersystemes und perspektivisch korrekte Darstellung aller Bewegungsabläufe auf einer Bildebene, zur Erprobung und Weiterentwicklung medizinischer Techniken.

2. Methode zur dynamischen Vermessung und Lageberechnung eines bewegbaren, flexiblen oder starren Untersuchungs- /Behandlungsschlauches und/oder -Werkzeugs in einer digitalen dreidimensionalen Hohlraumdatenbasis, sowie zur Manipulation an digital dreidimensional dargestellten Strukturen.