Detaillierte Beschreibung

1. Problemstellung

Mobile Bildverstärkersysteme sind aus modernen Operationssälen kaum noch wegzudenken. Gerade in der Unfallchirurgie ist der mobile BV, auch C-Bogen genannt, unentbehrlich. Das Pflegepersonal hat während der Operation die Aufgabe, das Gerät korrekt über dem Operationsgebiet einzustellen. Das ist nicht immer einfach, gerade bei komplizierten Einstellungen wie beispielsweise Acetabulum, Becken, Fersenbein oder Wirbelsäule. Deswegen erfolgt die Einstellung, gerade bei der Feinjustierung, oft unter Strahlung, welche den Patienten, das OP-Personal und den Operateur belastet. Durch technische Entwicklungen konnte die vom BV ausgehende Strahlenbelastung für Patient, OP-Personal und Operateur zwar deutlich gemindert werden, abhängig ist die Strahlungsexposition aber nicht zuletzt vom Geschick des Bedieners des BV, d.h. von dessen Ausbildung und Erfahrung.

Bisher erfolgte die Ausbildung durch Einweisung am Gerät und durch theoretische Erörterung anhand von Bildern. Für uns stellte sich nun die Frage, ob das Erlernen der Bedienung des C-Bogens auch virtuell durch Simulation der realen Operationsumgebung geschehen kann. Zu diesem Zweck wurde virtX entwickelt.

2. Das virtX - System

virtX simuliert ein komplettes Operationsszenario, das vollständig in 3D modelliert ist. Es besteht aus virtuellem C-Bogen, OP-Tisch und Patienten. Der C-Bogen lässt sich in allen Gelenken und Schienensystemen mittels Maus und einer Benutzerschnittstelle, die aus Schaltflächen besteht, bewegen. Ebenfalls implementiert sind sämtliche Funktionen wie Durchleuchtungsmodus, Einzelbilderstellung, Zoom, etc., die über weitere Schaltflächen aktiviert bzw. deaktiviert werden. Die Simulation der Röntgenbilder basiert auf dem virtusMed-System, wobei aus einem CT-Datensatz ein Volumen, basierend auf dreidimensionalen Texturen erzeugt und entsprechend der Einstellung des C-Bogens geschnitten wird.

Ein besonders interessanter Aspekt ist die Möglichkeit des Einsatzes eines elektromagnetischen Trackingsystems an einem realen Bildverstärker, der über einem Tisch mit einem Patientendummy bewegt wird. Durch entsprechende Positionierung des Senders an der Röntgenquelle des Geräts und des Empfängers auf dem Tisch, werden Position und Orientierung des C-Bogens relativ zum Patientendummy gemessen und korrekt auf dem Bildschirm visualisiert. 

Entwickelt wurde virtX unter C++ mit der auf OpenGL basierenden OpenInventor-Umgebung. Die Modellierung des Szenarios erfolgte mit der frei erhältlichen Blender Modellierungssoftware.

In das virtuelle, interaktive Operationsszenario ist ein aufgabenorientiertes Trainingssystem eingebettet. Für die Druchführung der Aufgaben, die sich an typischen OP-Abläufen orientieren, hat der Bedienende bestimmte Einstellungen am C-Bogen vorzunehmen. Dazu werden ihm textuelle und bildliche Hinweise bereitgestellt, wie die Einstellung in etwa auszusehen hat. Ist die Aufgabe gestartet, wird die benötigte Zeit sowie die simulierte Strahlenbelastung gemessen. Nach Ende der Aufgabe wird eine Rückmeldung basierend auf der Genauigkeit der Einstellung, der benötigten Zeit sowie der virtuellen Strahlenexposition generiert.

Eine erste Evaluation wurde im Rahmen eines Weiterbildungs- kurses für OP-Personal bereits durchgeführt.

3. Presse, Berichte und Auszeichnungen

Externe Berichte über virtX:

• AO-Foundation 2006
• CeBIT 2007

Presse:

• Virtuelles Röntgen an programmierter Puppe (Göttinger Tageblatt, 29.11.2005)
• Das virtuelle Lernsystem virtX kann die Strahlenbelastung bei Operationen reduzieren (IDW, 05.03.2007)
• Roboter, die aufs Wort gehorchen (Braunschweiger Zeitung, 17.03.2007)
• virtX ein virtuelles Lehr- und Lernsystem für den Einsatz mobiler Röntgengeräte im Krankenhaus (IHK Braunschweig, April 2007)
• Strahlen reduzieren durch virtuelles Lernsystem (MTA Dialog, Juni 2007)
• Erste Verleihung des CHELM- Förderpreises "E-Learning in der Medizin" (IDW, 17.04.2008)
• Medizinische E-Learning-Projekte ausgezeichnet (Deutsches Ärzteblatt, 25.04.2008)
• virtX/virtusMED powered by Open Inventor (Customer Spotlight, Visualization Sciences Group, 2009)
  
• Üben bis man Arzt ist (Hessisch/Niedersächsische Allgemeine, 22.10.2009)
• Ärzte lernen mit Zirkeltraining (Kreiszeitung, 22.10.2009)
• Neues Trainingszentrum für angehende Ärzte (Göttinger Tageblatt, 23.12.2009)
  
• Ecstatic German informatics group wins rare top-ranking poster award (Diagnostic Imaging, 03.12.2009)
  
• "virtX" räumt beim Weltkongress der Radiologie die höchsten Preise ab (Presseinformation TU-Braunschweig, 21.12.2009)
  
• Auszeichnung in USA (Göttinger Tageblatt, 29.12.2009)
• "Summa cum laude" für "virtX", ein Trainingssystem beim mobilen Röntgen (Presseinformation Universitätsmedizin Göttingen, 29.12.2009)
• Radiologisches Trainingsgerät ausgezeichnet (Stadtradio Göttingen, 30.12.2009)
  
• Genaue Zielposition beim Röntgen trainineren (Göttinger Tageblatt, 04.01.2010)
• Eine der renommiertesten Auszeichnungen geht an die FHH (Hannover.de, 04.01.2010)
  
• Trainingssystem für mobiles Röntgen prämiert (Deutsches Ärzteblatt, 12.01.2010)
• e-Learning can enhance safety in image-guided interventions (Aunt Minnie Europe, 12.04.2011)

Veröffentlichungen:

• Bott OJ, Dresing K, Wagner M, Raab BW, Teistler M. Informatics in Radiology - Use of a C-Arm Fluoroscopy Simulator to Support Training in Intraoperative Radiography. Radiographics. 2011 Mai; 31(3): 31-41.

• Wagner M, Duwenkamp C, Ludwig W, Dresing K, Bott OJ. An approach to simulate and visualize intraoperative scattered radiation exposure to improve radiation protection training. In: C. Safran, S. Reti, H.F. Marin, editors. Studies in Health Technology and Informatics. MEDINFO 2010: Proceedings of the 13th World Congress on Medical Informatics; 2010 Sept 12 - 15; Cape Town, South Africa. Amsterdam: IOS Press; 2010. Volume 160 p. 625–8.

• Wagner M, Duwenkamp C, Dresing K, Bott OJ. An Approach to Calculate and Visualize Intraoperative Scattered Radiation Exposure. In: Adlassnig KP, Blobel B, Mantas J, Masic I, editors. Medical Informatics in a United and Healthy Europe. MIE 2009: Proceedings of the XXIInd International Congress of the European Federation for Medical Informatics; 2009 Aug 30 - Sept 02; Sarajevo, Bosnia and Herzegowina. Amsterdam: IOS Press; 2009. p. 831–5.

• Dresing K, Wagner M, Duwenkamp C, Hellrung N, Stürmer KM, Bott OJ. virtX - Virtuelles Lehr- und Lernsystem für den Einsatz mobiler Bildverstärkersysteme. Trauma Berufskrankh. 2009 Sept;11(3):1–10.

• Bott OJ, Wagner M, Duwenkamp C, Hellrung N, Dresing K. Improving education on C-arm operation and radiation protection with a computer-based training and simulation system. Int J CARS. 2009 June;4(4):399–407.

• Wagner M, Duwenkamp C, Ahrens CA, Plischke M, Stürmer KM, Dresing K, et al. virtX: ein Lehr- und Lernsystem für mobile
  Röntgengeräte zur Verbesserung der Ausbildung im Strahlenschutz. GMS Med Inform Biom Epidemiol. 2009 Feb 25;5(1):Doc02.

• Duwenkamp C, Wagner M, Plischke M, Dresing K, Bott OJ. Zur Integration von Gelenkbewegungen in die Simulation von 2D-Röntgenverfahren für computergestützte Lehr- und Lernsysteme zur intraoperativen Behandlung. In: Zöllner I, Klar R, editors. Brückenschlag von Medizinischer Informatik, Biometrie und Epidemiologie zur Medizintechnik. gmds 2008: Tagungsband der 53. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie; 2008 Sept 15-18; Stuttgart, Germany. Köln: gmds; 2008. p.114-6.

• Bott OJ, Wagner M, Duwenkamp C, Ahrens CA, Plischke M, Stürmer KM, et al. VirtX: ein Lehr- und Lernsystem für Röntgen-Bildwandlersysteme zur Verbesserung im Strahlenschutz. In: Sturm R, Igel C, editors. Potentiale und Perspektiven technologiebasierter Lehr-, Lern- und Prüfungsprozesse für die Medizin: Proceedings 12. Workshop der Arbeitsgruppe "Computergestützte Lehr- und Lernsysteme in der Medizin" der Deutschen Gesellschaft für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie; 2008 Apr 7-8; Saarbrücken, Germany. Saarbrücken: CHELM, VISU; 2008. p. 50-3.

• Bott OJ, Teistler M, Duwenkamp C, Wagner M, Marschollek M, Plischke M, et al. virtX – Evaluation of a Computer-based Training System for Mobile C-arm Systems. in Trauma and Orthopedic Surgery. Methods Inf Med. 2008;47(3):270-8.

• Dresing K, Bott OJ, Raab B, Wagner M, Duwenkamp C, Teistler M, et al. virtX – ein virtuelles C-Bogen-Simulationsgerät [abstract]. In: DKOU 2007: Proceedings zum Deutschen Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie. 71. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 93. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie, 48. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie; 2007 Oct 24-27; Berlin, Germany. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2007. DocW43-1154. 

• Wagner M, Bott OJ, Dresing K. virtX - Rechnergestütztes Lehren und Lernen zur korrekten Anwendung mobiler Röntgengeräte. Forum der Medizin_Dokumentation und Medizin_Informatik. 2007 Sept;9(3):113-6. 

• Wagner M, Bott OJ, Pretschner DP, Plischke M, Dresing K. Integration interaktiver beweglicher Patientenmodelle in Computer gestützte Lehr- und Lernsysteme in der operativen Behandlung. In: Wichmann HE, Nowak D, Zapf A, editors. Prävention und Versorgung: innovativ, qualitätsgesichert, sozial. gmds 2007: Proceedings des Kongress „Medizin und Gesellschaft“ 2007; 2007 Sept 17-21; Augsburg, Germany. Mönchengladbach: Rheinware; 2007. p. 376-7.

• Bott OJ, Ahrens CA, Duwenkamp C, Grobe J-H, Kimmel R, Lörchner A, et al. virtX - virtuelles Lernen für den Einsatz von Bildverstärkersystemen in Ambulanz und Operationssaal. In: Löffler M, Winter A, editors. gmds 2006: Proceedings zur 51. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie, 2006 Sept 10-14; Leipzig, Germany. Düsseldorf, Köln: German Medical Science; 2006. p. 80-2.

• Bott OJ, Wagner M, Teistler M, Duwenkamp C, Ahrens CA, Grobe J-H, et al. virtX - Ein rechnergestütztes System zum Training des intraoperativen Einsatzes eines mobilen Bildverstärkers. GMS Med Inform Biom Epidemiol. 2006 Nov 23;2(3):Doc16. 

Auszeichnungen:

• "Summa cum laude" und "Excellence in design" auf der RSNA 2009

• CHELM-Förderpreis "E-Learning in der Medizin"

• erfolgreiche Teilnahme beim INNOVATIONSPREIS 2008