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ID: 528 (Conflict of Interest: K)

Beurteilung der Druckfestigkeit von Lebermodellen zur Ent-wicklung von 3D-Organmodellen in VR/AR Umgebungen

T.Lück1, D.Salzmann2, V.Uslar2, D.Weyhe2
1cirp GmbH, Heimsheim
2Universität Oldenburg, Oldenburg

Einleitung

Anwendungen der virtuellen und augmentierten Realität haben das Potential das Training von allen an einer Operation beteiligten Personen zu verbessern. Derzeit mangelt es diesen Systemen für eine realitätsnahe, praktische Ausbildung an Immersion aufgrund eines fehlenden haptischen Feedbacks. Das vom BMBF geförderte Projekt VIVATOP möchte in einem ersten Ansatz zur Verbesserung der Immersion die Verwendung von 3D-gedruckten Organmodellen als be-greifbare Interaktionsobjekte auf Basis von Magnetresonanztomographie (MRT) und Computertomographie (CT) Daten entwickeln. Diese sollen möglichst mittels innovativen Druckverfahren aus weichen Materialien mit unterschiedlichen Texturen und variierenden Druckfestigkeiten gefertigt werden, sodass Oberflächenbeschaffenheiten und innere Strukturen einer realistischen Leber entsprechen. In einem ersten Schritt werden hierzu, in ihrer Druckfestigkeit unterschiedliche Gelatinemodellen von Chirurgen beurteilt, um den Messbereich zu definieren, für den das Durometer (Messinstrument zur Messung der Material-Härte / -Textur) auslegt werden soll. Ziel der Studie ist die Integration von 3D-gedruckten Organmodellen in VR/AR Umgebungen.

Material und Methoden

Es wurden fünf leberförmige Gelatinemodelle unterschiedlicher Druckfestigkeit von 12 Chirurgen (4 Assistenzärzte, 1 Facharzt, 5 Oberärzte und 1 Chefarzt) evaluiert. Die Modelle entsprachen in der Größe 50% einer echten Leber. Die Proben wurden im Vorfeld mit einem Durometer Typ 00 gemessen: Probe A=nicht messbar; Probe B=2-5; Probe C=10-11; Probe D=26; Probe E=39,8; Hinweis: alle Shore-Messungswerte unter 10 und über 90 gelten als unzuverlässig). Die Proben wurden in beliebiger Reihenfolge des Härtegrades den Probanden präsentiert. Jeder Proband sollte auf einer Likert-Skala von 1 (sehr realistisch) bis 6 (gar nicht realistisch) die Lebermodelle hinsichtlich der Kriterien Haptik der Festigkeit, Haptik der Oberflächenspannung im Vergleich zu einem lebenden Organ sowie das Schneidegefühl (nur Ober/-Chefarzt) beurteilen. Zusätzlich konnte die Vergleichbarkeit der Haptik mit einem Organ bzw. Krankheitsbild im Freitext beschrieben werden. Die Datenanalyse umfasste deskriptive Statistiken.

Ergebnisse

Die Probe B wurde am besten hinsichtlich der Haptik der Festigkeit (Mittelwert: 2,9; Z=2) und Oberflächenspannung (Mittelwert: 3,14; Z=3) bewertet. Die Probe A erhielt die beste Bewertung hinsichtlich des Schneidegefühls (Mittelwert 3,07, Z=2,5). Die Proben B (n=6) und C (n=4) wurden am häufigsten mit einer gesunden Leber verglichen, die Probe D am häufigsten mit einer Leberfibrose bzw. -zirrhose (n=5), Probe E mit einer Leberzirrhose (n=5) und Probe A mit einer Fettleber (n=5).

Schlussfolgerung

Da die weicheren Proben A und B am ehesten einer gesunden Leber entsprechen, sollte auf ein Durometer Typ 000 zurückgegriffen werden, um in die Mitte des Messbereichs zu kommen. Welche Werte in Shore 000 angesteuert werden, um den Messbereich einer gesunden Leber darzustellen, lässt sich noch nicht abschließend beurteilen. Es besteht weiterer Optimierungsbedarf der Lebermodelle hinsichtlich der Oberflächenspannung und des Schneidegefühls. Die Vergleichbarkeit der Haptik mit einem Organ/Krankheitsbild wurde probenabhängig unterschiedlich beschrieben, d.h. mit der Variation des Härtegrades der Lebermodelle können unterschiedliche Krankheitsbilder dargestellt werden. Sofern verschiedene Krankheitsbilder repräsentiert werden sollen, müssten unterschiedliche Durometer verwendet werden.



Abb. 1: eine der im Versuch verwendeten Gelatinelebern