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Holste-Stiftung fördert Forschungsprojekt in der bildgeführten Chirurgie an der RWTH Aachen

26.07.2004 - (idw) Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen

Bei videobasierten Augmented Reality Systemen
müssen Hand und Auge präzise koordiniert sein

Die Holste-Stiftung fördert das Forschungsprojekt "Optimierung der Hand-Auge-Koordination bei videobasierten Augmented Reality (AR) Systemen für die Anwendung in der bildgeführten Chirurgie" mit insgesamt 20.000 Euro. Beteiligt an diesem ehrgeizigen Projekt sind das Institut für Arbeitswissenschaft (IAW) der RWTH Aachen und die Abteilung Chirurgische Therapietechnik des Lehrstuhls für Angewandte Medizintechnik im Helmholtz-Institut für Biomedizinische Technik (HIA).

Mit Augmented Reality (AR) bezeichnet man die Anreicherung der realen Welt mit virtuellen Informationen. Die breiteste Anwendung von AR ist die Überlagerung der visuellen menschlichen Wahrnehmung mit grafischen Informationen über ein am Kopf befestigtes Display (Head-Mounted-Display). Diese Informationen sollen dazu dienen, die reale Welt so zu erweitern, dass die vom Benutzer benötigten Daten zum richtigen Zeitpunkt am richtigen Ort erscheinen. So kann zum Beispiel bei der manuellen Montage durch visuelle Montagehinweise auf Papieranleitungen verzichtet werden oder bei einem operativen Eingriff in der Medizin die reale Sicht auf den Operationsbereich mit einem computerbasierten Planungsmodell oder Navigationsinformationen überlagert werden.

Als besondere Herausforderung gilt der Einsatz von videobasierten (video see-through) Head-Mounted-Displays (HMD's): Sie ermöglichen dem Benutzer keine direkte Sicht in die Umgebung, sondern zeigen von Kameras aufgenommene Videosequenzen der Realität mit angereicherten Graphiken in Echtzeit an. Derzeit ist besonders die Hand-Auge-Koordination (HAK) mit diesen Displays ein großes Problem. Die HAK-Leistung wird durch Verzögerungszeiten in der Video-Darstellung des HMD sowie durch die Ausrichtung und Verschiebung der Kameras bezüglich der Augenposition beeinträchtigt. Besonders kritisch ist der Einsatz von videobasierten HMD's in der Medizin, wo die präzise Hand-Auge-Koordination lebenswichtig sein kann.

Im Rahmen des geförderten Projektes werden die Partner die Auswirkung der Kameraverschiebung auf die menschliche HAK-Leistung erforschen. Es soll die Frage beantwortet werden, wie sich die HAK-Leistung mit einem videobasierten Blicksystem verändert, wenn man die Kameras in verschiedene Richtungen von den Augen verschiebt.
Außerdem soll eine Funktion abgeleitet werden, die solche Veränderungen in mathematischem Zusammenhang beschreibt. Mit Hilfe dieser mathematischen Funktion können die Hersteller und Anwender von AR-Systemen die optimale Kameraposition ermitteln - sowohl unter dem Blickwinkel der Wirtschaftlichkeit und als auch der technischen Möglichkeiten. Die Benutzbarkeit von videobasierten Systemen würde so deutlich verbessert. Die entwickelte Funktion soll im Anschluss für Anwendungen im Bereich der bildgeführten Chirurgie erprobt und ausgewertet werden. Hierzu wird ein entsprechendes AR-Modul entwickelt und in ein chirurgisches Navigationssystem zur visuellen Füh-rung des Chirurgen bei mikrochirurgischen Operationen integriert.

Die Holste-Stiftung wurde im Dezember 1997 von Prof. Dr.-Ing. Werner Holste und seiner Ehefrau Gertraude eingerichtet. Prof. Holste studierte, promovierte und habilitier-te an der RWTH Aachen. Als außerplanmäßiger Professor hat er 35 Jahre in Vorlesungen zu den Auswirkungen der Gesetzgebung auf die Auslegung von Kraftfahrzeugen sein Wissen an Studierende weitergegeben. Aus Verbundenheit zur RWTH Aachen gründete er die Holste-Stiftung, die Forschungsprojekte auf den Gebieten des Maschi-nenbauwesens, der Medizin und der Elektrotechnik finanziert.

Weitere Informationen:

Dipl.-Ing. Ludger Schmidt
Institut für Arbeitswissenschaft, RWTH Aachen
Tel.: 0241/8099490
Email: l.schmidt@iaw.rwth-aachen.de
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