TY - THES A1 - Baier, Pablo A. T1 - Simulator for Minimally Invasive Vascular Interventions: Hardware and Software T1 - VR-Simulation für das Training von Herzkathetereingriffen: Hard- und Softwarelösung N2 - A complete simulation system is proposed that can be used as an educational tool by physicians in training basic skills of Minimally Invasive Vascular Interventions. In the first part, a surface model is developed to assemble arteries having a planar segmentation. It is based on Sweep Surfaces and can be extended to T- and Y-like bifurcations. A continuous force vector field is described, representing the interaction between the catheter and the surface. The computation time of the force field is almost unaffected when the resolution of the artery is increased. The mechanical properties of arteries play an essential role in the study of the circulatory system dynamics, which has been becoming increasingly important in the treatment of cardiovascular diseases. In Virtual Reality Simulators, it is crucial to have a tissue model that responds in real time. In this work, the arteries are discretized by a two dimensional mesh and the nodes are connected by three kinds of linear springs. Three tissue layers (Intima, Media, Adventitia) are considered and, starting from the stretch-energy density, some of the elasticity tensor components are calculated. The physical model linearizes and homogenizes the material response, but it still contemplates the geometric nonlinearity. In general, if the arterial stretch varies by 1% or less, then the agreement between the linear and nonlinear models is trustworthy. In the last part, the physical model of the wire proposed by Konings is improved. As a result, a simpler and more stable method is obtained to calculate the equilibrium configuration of the wire. In addition, a geometrical method is developed to perform relaxations. It is particularly useful when the wire is hindered in the physical method because of the boundary conditions. The physical and the geometrical methods are merged, resulting in efficient relaxations. Tests show that the shape of the virtual wire agrees with the experiment. The proposed algorithm allows real-time executions and the hardware to assemble the simulator has a low cost. N2 - Es wird ein vollständiges Simulationssystem entwickelt, das von Ärzten als Lehrmittel zur Ausbildung grundlegender Fertigkeiten bei Herzkathetereingriffen eingesetzt werden kann. Im ersten Teil wird ein Oberflächenmodell zur Erstellung von Arterien mit planarer Segmentierung entwickelt. Im zweiten Teil werden die Arterien durch ein zweidimensionales Netz diskretisiert, die Knoten werden durch drei Arten linearer Federn verbunden und ausgehend von einer Dehnungsenergie-Dichte-Funktion werden einige Komponenten des Elastizitätstensors berechnet. Im letzten Teil wird das von anderen Autoren vorgeschlagene physikalische Modell des Drahtes verbessert und eine neue geometrische Methode entwickelt. Der vorgeschlagene Algorithmus ermöglicht Echtzeit-Ausführungen. Die Hardware des Simulators hat geringe Herstellungskosten. T3 - Forschungsberichte in der Robotik = Research Notes in Robotics - 15 KW - Computersimulation KW - Simulator KW - Arterie KW - Elastizitätstensor KW - Herzkatheter KW - Minimally invasive vascular intervention KW - Wire relaxation KW - Artery KW - Elasticity tensor KW - Stiffness KW - educational tool KW - Elastizitätstensor KW - Herzkathetereingriff KW - Software KW - Hardware Y1 - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-161190 SN - 978-3-945459-22-5 ER - TY - THES A1 - Tönissen, Christoph T1 - Führt Hands-on Kathetertraining an Virtual-Reality Simulatoren zu physischer und psychischer Stressreduktion? Eine stratifiziert-randomisierte Studie T1 - Does Virtual-Reality Simulation effect the Stress Response of Trainees in Interventional Cardiology N2 - Angehende interventionelle Kardiologen sind insbesondere während einer perkutanen Koronarintervention hohen psychischen und physischen Belastungen ausgesetzt. Ziel dieser Arbeit war es zu überprüfen, inwieweit Simulationstraining diese Stressantwort reduzieren kann. Im Rahmen einer stratifiziert randomisierten Studie wurde der Effekt von Virtual-Reality (VR)-Simulationstraining auf physischen bzw. psychischen Stress bei angehenden interventionellen Kardiologen untersucht. Hierzu wurden 18 Studienteilnehmer/Innen rekrutiert, die bisher noch keine Erfahrung in der Durchführung einer perkutanen Koronarintervention aufwiesen. Die Simulationsgruppe (S, n=9) erhielt ein 7 ½ stündiges Interventionstraining an drei VR-Simulatoren: CathLab VR (CAE), Angio Mentor Express (Simbionix), VIST-C (Mentice), die Kontrollgruppe (K, n=9) ein theoretisches Ausbildungsprogramm. Die Prä- und Postevaluation aller Probanden fand an einem pulsatilen Herzmodell im Katheterlabor statt (CoroSim™, Mecora). Hierbei wurde der individuelle Stresslevel jedes Probanden bestimmt. Hierzu wurde zum einen der physische Stress über eine Messung des Speichelcortisols und der Herzfrequenz quantifiziert und zum anderen psychischer Stress mittels des PANAS-Fragebogens bestimmt (PANAS-Score erhoben durch fünf-stufige Likert-Skala). Zwischen den Studiengruppen fand sich kein signifikanter Unterschied hinsichtlich des physischen Stresslevels. Im Hinblick auf das psychische Stressniveau zeigte sich nach dem Training hingegen ein signifikanter Unterschied zwischen den Studiengruppen: Während der negative Affekt in der Kontrollgruppe anstieg, wies die Simulationsgruppe im Vergleich hierzu einen signifikanten Abfall dieses Parameters auf (F(1, 16)=5,58 p=0,03, ANOVA mit Messwiederholung, Faktoren: Studiengruppe x Messzeitpunkt). Somit konnte gezeigt werden, dass Simulationstraining bei angehenden interventionellen Kardiologen die psychische Stressantwort während einer Intervention reduziert. N2 - Background: Simulation-based training improves the manual skills of beginners in interventional cardiology. It has been speculated that this improvement in performance is caused by a reduction of the individual stress response. To validate this hypothesis changes in the stress response after simulation and theoretical training were compared. Methods: The study was performed in 18 trainees in interventional cardiology. The participants received either simulation-based (group S) or theoretical training (group K). Pre- and post-training the individual stress level was determined during a percutaneous coronary intervention on a pulsatile heart model. Heart rate was recorded continuously, and the change of cortisol and the PANAS scale were measured. PANAS detects the positive and negative affect. Results: Comparing both groups, there were no significant differences in the physiologic arousal (cortisol and heart rate). The negative affect of PANAS decreased in group S (-2.0 ± 4.3) and increased in group K (+3.3 ± 5.4) (p=0.03). Conclusion: Our study revealed that the negative PANAS, which represents the excessive stress response of trainees in interventional cardiology, can be reduced by simulation-based training. KW - Simulator KW - Stressreaktion KW - Simulationstraining KW - Stressmessung KW - interventionelle Kardiologie KW - simulation-based training KW - interventional cardiology KW - virtual-reality simulation KW - stress measurement KW - Stressreduktion Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-104420 ER - TY - THES A1 - Löbbert, Anne-Katrin T1 - Führt VIRTUAL-REALITY-Simulationstraining zur Stressreduktion bei angehenden interventionellen Kardiologen? : eine stratifiziert randomisierte Studie T1 - Does training with virtual-reality-simulation reduce stress of interventional cardiologists? N2 - Die Simulationstechnologie in der Medizin hat in den letzten Jahren große Fortschritte gemacht. In der Zwischenzeit gibt es auch für Herzkatheteruntersuchungen und -interventionen „Virtual reality“ Simulatoren, die ein realistisches Training von Kathetereingriffen erlauben. Nicht geklärt ist bislang, ob Simulationstraining das Stressniveau des Untersuchers reduzieren kann. Im Rahmen dieser Studie wurde zur Beantwortung der genannten Fragestellung der Effekt von Virtual-Reality-Training auf das Stressniveau von Anfängern in der interventionellen Kardiologie untersucht. Hierzu wurde eine randomisiert-stratifizierte Studie bei 33 Anfängern in der interventionellen Kardiologie durchgeführt. Die Probanden wurden in eine Kontroll- und Simulationsgruppe aufgeteilt. Die Simulationsgruppe erhielt ein achtstündiges intensives Training an verschiedenen Simulatoren, während die Kontrollgruppe kein Simulationstraining, sondern lediglich eine theoretische Wissensvermittlung erhielt. Alle Teilnehmer mussten unter realitätsnahen Umständen im Herzkatheterlabor der Universitätsklinik Würzburg innerhalb von 30 Minuten eine PCI an einem pulsatilen Herzkreislaufmodell durchführen. Die Probanden dokumentierten vor und nach der Prä- und Postevaluation ihr aktuelles „Befinden“ anhand eines psychologi-schen Fragebogens PANAS. Ebenso wurden die Probanden hinsichtlich ihrer manuellen Fähigkeiten nach einem strukturierten Evaluationsbogen von einem interventionell tätigen Kardiologen bewertet Die Ergebnisse zeigten initial für die Parameter „aktiv, interessiert, freudig erregt, stark, angeregt, stolz, begeistert, wach, entschlossen und aufmerksam“ des Fragebogens PANAS keinen gruppenspezifischen Unterschied. Nach einem achtstündigen Simulationstraining gab die Simulationsgruppe eine signifikante Reduktion des Stressniveaus im Vergleich zur Kontrollgruppe an. Die aktuelle Studie zeigte, dass das Training an den Virtual Reality Simulatoren die herkömmliche Ausbildung in effektiver Weise ergänzen kann. Weitere Studien mit einer größeren und zugleich homogeneren Stichprobengröße sind nötig, um die genannten Hypothesen zu bestätigen. N2 - In the following study the effect of virtual-reality-training has been analyzed in a randomised controlled trial at the university hospital of Würzburg. The study was performed using two simulation systems CATHI (Catheter Instruction System) and Immersion (CAE) in 33 participants, who have been beginners in interventional cardiology. 16 cardiologists were given 8 hours of intensive training at both simulation systems (=simulation-group). 17 participants represented the conventional education without receiving simulation-training (=control-group). All participants completed a pre- and post-evaluation with questionnaire PANAS (Positive and Negative Affect Schedule). In the beginning differences between the groups couldn´t be documented. After the virtual-reality-training the simulation group has shown a significantly positive affect (PA). The results prove that virtual-reality-simulation is a valuable tool to improve stress reduction in addition to the conventional education. KW - Simulator KW - Simulation KW - Herzkatheter KW - Kardiologie KW - Virtuelle Realität KW - Virtual-Reality Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-99978 ER - TY - THES A1 - Schmitz, Marcus T1 - Simulationsgestützte Kompetenzfeststellung von Triebfahrzeugführern - Entwicklung und Anwendung eines Verhaltensmarkersystems T1 - Simulation-based competence assessment of train drivers - Development and application of a behavioural marker system N2 - Diese Arbeit beschreibt die Entwicklung und Anwendung einer simulationsgestützten Methode zur Kompetenzfeststellung von Triebfahrzeugführern (Tf) der Deutschen Bahn AG unter Anwendung eines Verhaltensmarkersystems. Diese Methode wurde als ein erweitertes Konzept zur Bewertung eines Tf im Rahmen einer jährlich stattfindenden Überwachungsfahrt entwickelt. Diese Überwachungsfahrt besteht aus einer etwa 45-minütigen Prüfungsfahrt, mit deren Hilfe die Handlungssicherheit eines Tf erhöht sowie dessen Leistung und Leistungsfähigkeit beschrieben und bewertet wird. Die Überwachungsfahrt wird von geschulten Instruktoren durchgeführt. Während der Simulatorfahrt werden unregelmäßige Ereignisse eingespielt, die der Tf unter Anwendung der vorgeschriebenen Sollverhaltensweisen bewältigen muss. Ziel ist es, keinen sicherheitsrelevanten Mangel zu verursachen. Grundlage des eingeführten Verhaltensmarkersystems ist ein Datenkonzept, das auf den in den Regelwerken beschriebenen Fahrtereignissen und den entsprechenden Sollverhaltensweisen beruht. Die Überwachungsfahrt wird aus diesen Einzelereignissen zusammengestellt und somit entspricht auch das während der Überwachung zu zeigende Verhalten dem in den Regelwerken beschriebenen Sollverhalten. Um Abweichungen vom vorgeschriebenen Verhalten besser erkennen und bewerten zu können, werden sog. Verhaltensmarker eingeführt. Hierbei handelt es sich um objektive und nachprüfbare Indikatoren, die etwas über den Grad der Erfüllung des Sollverhaltens Auskunft geben. Zentral für die Bewertung sind somit die Erfassung möglicher Sollverhaltensabweichungen und die Frage nach der Festlegung der Schwere dieser Abweichung im Sinne eines Fehlers. Um Art und Stärke der Abweichungen vom Sollverhalten wurden objektive Fahrdaten aus dem Simulator herangezogen. Zusätzlich wurde ein standardisiertes Beobachtungsverfahren für die Instruktoren entwickelt. In einem zweiten Schritt wurden die über beide Verfahren erfassten Abweichungen vom Sollverhalten auf der Basis von Expertenurteilen entsprechend der potentiellen Auswirkungen gewichtet. Diese Gewichtung reicht in drei Stufen von leichten Fehlern bis hin zu sicherheitsrelevanten Mängeln. Für alle in den Überwachungsfahrten vorkommenden Sollverhaltensweisen wurden mögliche Abweichungen erhoben und in einer Fehlertabelle den Fehlerkategorien „gering“, „mittelschwer“ und „sicherheitsrelevant“ zugeordnet. Die so gewichtete Fehlerbetrachtung führt zu einer Gesamtbewertung des Tf und zu einer detaillierten Analyse seiner Stärken und Schwächen. Insgesamt wurden 1033 Überwachungsfahrten von den Instruktoren auf einem projektspezifischen Bogen protokolliert. Über die an den Simulatoren vorhandenen Datenschnittstellen wurden 1314 Überwachungsfahrten aufgezeichnet. Diese Datenquellen wurden integriert und ausgewertet. Als übergeordnetes Ergebnis lässt sich festhalten, dass die Anwendung der in dieser Arbeit entwickelten Methode nachweislich die Qualität und Genauigkeit der Bewertung verbessern konnte. Die Verhaltensmarker ermöglichen eine differenziertere Bewertung des Leistungsstands eines Tf. So ist es nicht nur möglich, sicherheitskritisches Verhalten („roter Bereich“) und ein optimales, fehlerfreies Verhalten („grüner Bereich“) festzustellen, sondern auch Aussagen über den „gelben Bereich“ dazwischen zu treffen (z.B. Mängel, die in anderen Situationen sicherheitskritisch sein können). N2 - The thesis describes the development and application of a simulation-based method for the competence assessment of train drivers, using a behavioural marker system. This method was developed as an advanced concept for the competence check of a train driver in an existing annual monitoring trip. This trip consists of a 45-minute test drive that should help to increase the overall performance of the drivers. It is carried out by trained driving instructors. During the simulator ride irregular events occur which must be overcome by applying the dedicated regulations. The aim is to cause no safety-related error. Basis of the introduced behaviour marker system is a data concept, which is based on the driving events and the corresponding target behaviour described in the regulations. The monitoring trip is compiled from these individual events and thus also corresponds to the underlying regulations. To identify and assess deviations from the prescribed target behaviour, so-called behavioural markers are introduced. These are objective and verifiable indicators that provide information about the fulfilment of the target behaviour. Central to the evaluation are thus the detection of possible deviations from the target behaviour and the question of determining the severity of this deviation in terms of an error. To assess the nature and severity of the deviations from the desired behaviour, objective driving data from the simulator were used. In addition, a standardized observation method was developed for the instructors. In a second step, the measured deviations were weighted on the basis of expert judgments depending on the potential safety impact. This weighting ranges from minor and medium to safety- relevant errors. The weighted error analysis leads to an overall assessment of the drivers and to a detailed analysis of the strengths and weaknesses. A total of 1033 trips were logged by the instructors on a project-specific protocol sheet. In addition, the objective data from 1314 simulator rides were recorded. The data of both sources were integrated and analysed. As high level result, it can be stated that the application of the method developed in this work could significantly improve the quality and accuracy of the assessment. The behavioural markers enable a more nuanced assessment of the level of performance of an engine driver. So it is not only possible to detect safety-critical behaviour ("red zone") and an optimal, error-free behaviour ("green zone"), but also to take statements about the "yellow zone" in between. KW - Lokomotivführer KW - Ausbildung KW - Leistung KW - Kompetenz KW - Prüfung KW - Kompetenzfeststellung KW - Fahrsimulation KW - Verhaltensmarker KW - Überwachungsfahrt KW - competence check KW - behavioural marker KW - monitoring KW - driving simulation KW - Kompetenz KW - Arbeitsplatz KW - Überwachung KW - Simulator Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-82272 ER -