Dokument: Ein System zur Überwachung und Steuerung von realen Endoskopiephantomen

Titel:	Ein System zur Überwachung und Steuerung von realen Endoskopiephantomen
Weiterer Titel:	A System for monitoring and controlling of real endoscopy phantoms
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=30033
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20140716-143809-0
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	M. Sc. Vietz, Matthias [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 28,54 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 16.07.2014 / geändert 16.07.2014
Beitragende:	Prof. Dr. Aurich, Volker [Gutachter] Prof. Dr. Wanke, Egon [Gutachter]
Stichwörter:	Software Endoskopie Phantom Simulator Röntgen
Dewey Dezimal-Klassifikation:	000 Informatik, Informationswissenschaft, allgemeine Werke » 004 Datenverarbeitung; Informatik
Beschreibungen:	Für die Aus- und Weiterbildung von Ärzten existiert eine Vielzahl von sog. Trainingsphantomen. Darunter versteht man eine künstliche Nachbildung eines oder mehrerer Organe des Menschen, anhand der Eingriffe trainiert werden können. Besonders realistische Vertreter stellen die Endoskopiephantome unserer Forschungspartner aus der Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Grund vom Universitätsklinikum Tübingen dar. Diese Phantome sind modular konzipiert; es existieren bereits Module für den Oberen und den Unteren Gastrointestinaltrakt sowie für das Gallengangsystem. Weitere Arten von Modulen sind geplant bzw. in aktiver Entwicklung, beispielsweise ein Phantom des Bronchiensystems. Anhand dieser Phantome lassen sich verschiedene diagnostische und therapeutische endoskopische Eingriffe unter sehr realistischen Bedingungen trainieren. In dieser Arbeit stellen wir ein kombiniertes System aus Hard- und Software vor, das wir "Simtux" nennen. Es bildet eine einheitliche Plattform, mit der eine effektive Überwachung und Steuerung der verschiedenen Arten von Tübinger Phantomen mit Hilfe eines Computers möglich ist. Ein Phantom wird dazu um spezielle Sensorikhardware erweitert, deren Daten an einen PC gesendet werden. Auf diesem wird die Software ausgeführt, die den aktuellen Fortschritt des trainierten Eingriffs erfasst und auswertet. Dadurch können dem Trainierenden während des Trainings wichtige Informationen über den Trainingsverlauf geboten werden. Die Software wurde im Rahmen dieser Dissertation entwickelt. Während der Konzeption und Entwicklung haben wir besonderen Wert auf eine strenge Modularisierung unseres Systems gelegt. Dies stellt eine gute Erweiterbarkeit für zukünftige Arten von Phantomen sicher, für die einfach zusätzliche Module entwickelt und in das Gesamtsystem integriert werden können. Bisher haben wir zwei Module für Simtux entwickelt: Das erste Modul, "GastroInt-Sim", für Endoskopien am Oberen und Unteren Gastrointestinaltrakt bietet einem Trainierenden in erster Linie Informationen über den aktuellen Diagnosefortschritt während einer Gastro- oder Koloskopie am Phantom. Dazu werden in einer grafischen Übersicht die Bereiche des Phantoms markiert, die aktuell unter endoskopischer Beobachtung stehen. Diese Informationen sind wichtig, da es für eine erfolgreiche Gastro- oder Koloskopie unerlässlich ist, dass jeder Bereich von Magen oder Kolon gründlich untersucht wurde. Darüber hinaus können dem Trainierenden gezielte Aufgaben zur Navigation innerhalb des Phantoms gestellt werden, sodass er seine Fähigkeiten im Umgang mit der komplexen Steuermechanik des flexiblen Endoskops verfeinern kann. Das zweite Modul, "X-Sim", dient der Überwachung des sog. "Tübinger Biliphanten", eines Phantoms zum Erlernen und Trainieren der Endoskopisch Retrograden Cholangiopankreatikographie (ERCP). Dabei handelt es sich um einen schwierigen und riskanten Eingriff mittels endoskopischer Instrumente am menschlichen Gallengangsystem. Eine reale \ERCP muss unter permanenter Röntgendurchleuchtung des Patienten durchgeführt werden. Auch eine auf herkömmliche Weise, d.h. ohne die Unterstützung durch das Simtux-System, am Biliphanten durchgeführte ERCP musste bisher unter Röntgenkontrolle stattfinden, weil es sonst keine Möglichkeit gab, den komplexen Eingriff nachzuverfolgen. Dies bedeutete eine erhebliche Strahlenbelastung aller Beteiligten während des Trainings. Als entscheidende Neuheit des vorgestellten Systems haben wir daher eine realitätsnahe virtuelle Röntgensimulation entwickelt, die die Verwendung eines echten Röntgengeräts auch für komplexe Eingriffe am Gallengangsystem unnötig macht und damit einen wichtigen Beitrag zum Strahlenschutz leistet. Education and training of physicians is often performed using so-called training phantoms. These are artificial replica of one or more human organs that can be used to train medical procedures. A variety of such systems is available on the market. The endoscopy phantoms built by our research partners, the research group of Prof. Dr. Grund at Universitätsklinikum Tübingen, are especially realistic examples. The basic concept of these phantoms is their modular structure. Modules for the upper and lower gastrointestinal tract and the biliary system have already been created. Other types of modules are either planned or in active development, such as a phantom of the bronchial system. Using these phantoms, different diagnostic and therapeutic endoscopic procedures can be trained hands-on, under very realistic conditions. In this work we present a combined system of hardware and software which we call "Simtux". It allows an effective monitoring and controlling of the Tübingen phantoms using specific sensor hardware connected to a computer. The phantoms are extended by the sensors which send data to the computer running the detection and evaluation software that we created in the context of this dissertation. This provides the trainee with important information about the training course. Simtux forms a unified platform for monitoring the various types of Tübingen phantoms. Special emphasis was put on strict modularization of all parts of our system. This allows good extensibility for future types of phantoms as additional software modules can easily be integrated into the overall system. So far, we developed two modules for Simtux: "GastroInt-Sim" is a module for monitoring endoscopies in the upper and lower gastrointestinal tract. It provides information about the current diagnostic progress during a gastro- or colonoscopy in a phantom. This information is important because it is essential to thoroughly examine every region of the stomach or the colon in order to perform a successful gastro- or colonoscopy. In addition, specific navigational tasks can be assigned to a trainee in order to refine his skills in dealing with the complex control mechanism of the flexible endoscope. "X-Sim" is the second module we developed. It serves monitoring the so-called "Tübingen Biliphant" which is a phantom for learning and training the Endoscopic retrograde cholangiopancreatography (ERCP). An ERCP is a difficult and risky procedure on the human biliary system using endoscopic instruments. A real ERCP has to be performed under continuous fluoroscopy of the patient. Even a conventional ERCP on the Biliphant, i.e. without the support of our Simtux system, had to be performed under fluoroscopy because there was no other way of tracking the complex operation. This meant a significant radiation exposure of all participants during a training session. Therefore, we developed a realistic virtual X-ray simulation as a key novelty of the proposed system. This makes the usage of a real X-ray generator completely unnecessary even for complex operations on the biliary system, thus making an important contribution to radiation protection.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Informatik » Bild- und Signalverarbeitung
Dokument erstellt am:	16.07.2014
Dateien geändert am:	16.07.2014
Promotionsantrag am:	09.06.2014
Datum der Promotion:	09.07.2014