Wissenschaftliche Schwerpunkte - Prof. Dr. L. Kovacs

3-D Erfassung der Körperoberflächengeometrie

Langjährige Erfahrung in der Optimierung, Standardisierung und Validierung der dreidimensionalen Aufnahme- und Analysetechnik zur objektiven Quantifizierung chirurgisch bedingter Form- und Volumenveränderungen unterschiedlicher anatomischer Körperregionen mit Hilfe verschiedener dreidimensionaler Körperoberflächenerfassungssysteme. Identifizierung klinischer Anwendungsmöglichkeiten und Etablierung unterschiedlicher nicht-invasiver, optischer 3-D Scanverfahren zur Klärung spezieller medizinischer Fragestellungen.

3-D Visualisierung

Entwicklung der Methodik zur Erstellung von patientenspezifischen, virtuellen, anatomischen 3-D Modellen durch die 3-D Rekonstruktion und Registrierung der Bildinformationen aus unterschiedlichen Bildgebungsverfahren (Computertomographie, Kernspintomographie, 3-D Ultraschall, optische 3D-Scannverfahren, holografische Aufnahmen etc.). Segmentierung radiologischer Bilddaten zur Generierung und mathematisch präzisen Modellierung virtueller 3-D Volumenmodelle unter Verwendung von Rapid Prototyping und Rapid Manufacturing Verfahren zur computerunterstützten Operationsplanung und -simulation.

Haptische Oberflächenbearbeitung

Standardisierung und Validierung interaktiver 3-D Morphingsysteme zur intuitiven haptischen Modellierung von virtuellen 3-D Modellen. Identifizierung klinischer Applikationen zur computerunterstützten Operationsplanung mittels Force-Feedback-Systeme unter Nichtberücksichtigung der patientenspezifischen Gewebseigenschaften.

Physikalisch basierte Simulation der Gewebedeformierung

Basierend auf den 3-D Rekonstruktionen anatomischer Volumenmodelle unterschiedlicher anatomischer Regionen aus radiologischen Bilddatensätzen erfolgt die Implementierung biomechanischer Gewebeparameter zur physikalisch präzisen, numerischen Simulation von Gewebedeformierungen mittels der Finiten Elemente Methode (FEM). Somit können deformierbare FEM-Modelle zur Überprüfung und Simulation biomechanischer Interaktionen unter Berücksichtigung der spezifischen Gewebeeigenschaften erstellt werden. Insbesondere im Rahmen der Simulation von Weichteildeformierungen erfolgt die Identifizierung physikalischer Gewebeparameter wie die Elastizität-/ Elongationswerte, welche für die numerische Simulation notwendig sind.

Augmented und Virtual Reality

Klassische Visualisierungsmethoden sind hinsichtlich ihrer Benutzerfreundlichkeit, Verständlichkeit, Anschaulichkeit, aber vor allem hinsichtlich der zielgerichteten klinischen Anwendung limitiert. Moderne Visualisierungstechniken wie Augmented und Virtual Reality (AR/VR) ermöglichen eine bessere Verständlichkeit komplexer 3-D anatomischer Strukturen und ermöglichen eine interaktive 3-D Visualisierung durch eine verbesserte Tiefenwahrnehmung und Kombination multimodaler 3-D Datensätze. Vorteile von AR/VR im klinischen Alltag sollen für eine transparentere Arzt-Patienten-Kommunikation mit Hilfe Augmented Reality unterstützter Operationsaufklärung oder in der intraoperativen Anwendung von AR/VR Methoden genutzt werden.

Biomechanische Experimente

Unter Verwendung reproduzierbarer numerischer Simulationsmodelle basierend auf der Finite-Elemente Methode (FEM) erfolgt die virtuelle Validierung herkömmlicher biomechanischer Analysemethoden. Basierend auf der FEM können biomechanische Interaktion relevanter klinischer Fragestellungen simuliert, visualisiert und quantifiziert werden. Insbesondere werden konkurrierende osteosynthetische Therapiekonzepte und die Optimierung unterschiedlicher Osteosyntheseverfahren in enger Kooperation mit der Abteilung für Unfallchirurgie am Klinikum rechts der Isar verglichen.

Klinische Anwendungsgebiete:

  • Implementierung moderner 3-D Technologien in den klinischen Dokumentations- und Planungsprozess, Objektive 3-D Erfassung und Dokumentation im zeitlichen Verlauf
  • Anwendung objektiver 3-D Erfassungsmethoden zur operativen Qualitätssicherung.
  • Computerunterstützte interaktive Modellierung zur intuitiven Operationsplanung mit Hilfe von Force-Feedback-Systemen.
  • Objektive 3-D Quantifizierung von Volumen-, Oberflächen-, Strecken-, Form- und Symmetrieveränderungen bei operativen plastisch-ästhetischen Eingriffen.
  • Objektiver Untersuchung konkurrierender Operationsmethoden und Validierung/Optimierung entwickelter Planungsmethoden
  • Computerunterstützte dynamische Operationsplanung von formverändernden Eingriffen an virtuellen, patientenspezifischen 3-D Modellen, Quantifizierung der Weichteilgewebsdeformierung mittels FEM zur patientenspezifischen Operationsplanung.
  • Vergleich konkurrierender osteosynthetischer Therapiekonzepte und Optimierung unterschiedlicher Osteosyntheseverfahren mittels FEM.
  • Simulation, Visualisierung und Quantifizierung biomechanischer Interaktion verschiedener anatomischer Strukturen, Biomechanische Validierung durch reproduzierbare numerische Simulationen
  • Optimierung der Prothesen- und Orthesenversorgung bei Ober- bzw. Unterschenkelamputierten unter Berücksichtigung der patientenspezifischen Gewebebeschaffenheit unter Verwendung moderner 3-D Technologien (FEM, Rapid-Prototyping/Rapid Manufacturing etc.).
  • Interaktive Operationsaufklärung durch AR/VR Implementierung zur verbesserten und verständlicheren Arzt-Patienten-Kommunikation.