Simulation elastodynamischer Eigenschaften von Humangewebe für VR-basiertes Training in der endoskopischen Chirurgie

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Virtual Reality Methoden zum Training von Chirurgen für minimal invasive Eingriffe sind noch immer kostenintensiv und werden kaum in der Praxis eingesetzt. Zurückzuführen ist dies zum einen auf die noch immer benötigte hohe Rechenleistung, und daher die Notwendigkeit teure, leistungsfähige Rechner einzusetzen. Zum anderen sind die Trainingsszenarien relativ eingeschränkt und bilden die biophysikalische Realität nur in sehr grober Näherung ab. In diesem DFG-Projekt wollen wir beide Problemkreisen begegnen, indem wir physikalisch exaktere Modellierung mit hocheffizienten numerischen Methoden kombinieren. Zum Einsatz kommen sogenannte Partikelsysteme zur flexiblen Modellierung der Kraftfunktionen und neue Lösungsverfahren der zugrundeliegenden Differentialgleichungen, die Simulationen im Echtzeitbreich auch bei komplizierten nichtlinearen Kraftfunktionen erlauben. Als Ergänzung sollen in der hier beantragten zweiten Förderperiode Methoden adaptiert und echtzeitfähig implementiert werden, wie sie seit kurzem in der Geophysik für die Finite-Elemente-Simulation der Ausbreitung von Erdbebenwellen in porösen, viskoelastischen Medien benutzt werden. Mit der Verwendung physikalisch exakter Ansätze wir die Kopplung an physiologische Parameter möglich und es erschließen sich neue Anwendungsfelder im Bereich biomechanischer Simulationen.