Stuttgart, Universität, Thesis (doctoral), 2000.

Im Rahmen dieser Studie sollte der Effekt von Virtual-Reality (VR)-Simulation auf die Untersuchungs¬qualität angehender interventioneller Kardiologen untersucht werden. Hierzu wurden 18 Studienteilnehmer rekrutiert, die mindestens 50 diagnostische Herzkatheteruntersuchungen, aber noch keine Intervention eigenständig durchgeführt hatten. Die Hälfte der Teilnehmer erhielt ein 7 ½ stündiges Training an drei VR-Simulatoren: Cath Lab VR (CAE), VIST-C (Mentice) und AngioMentor Express (Simbionix) (Gruppe S). Die andere Hälfte diente als Kontrollgruppe (Gruppe K) und erhielt lediglich eine theo-retische Wissensvermittlung. Die Evaluation der Probanden fand an einem pulsatilen Herzmodell im Katheterlabor statt (CoroSim™, Mecora). Das Modell weist eine hohe Konstruktvalidität auf, was im Rahmen dieser Studie dokumentiert werden konnte. Jeder Teilnehmer musste initial (Prä) und abschließend (Post) eine Intervention an die-sem Modell durchführen, wobei die Komplexität der zu behandelnden Koronarstenose von Prä zu Post anstieg. Jede Prozedur wurde auf Video aufgezeichnet und von 3 er-fahrenen interventionellen Kardiologen verblindet ausgewertet. Um die Leistung der Teilnehmer zu beurteilen, wurde ein Skills Score ermittelt, der 14 Einzelparameter umfasste (s. Tabelle, 5er Likert-Skala, Maximalpunktzahl 70). Zudem wurden die Kon-trastmittelmenge, die benötigte Zeit für die Intervention, die Durchleuchtungszeit und das Flächendosisprodukt gemessen. Zur Bestimmung der Konstruktvalidität nahmen 5 Experten an der Postevaluation teil. Bei vergleichbaren Ausgangswerten im Skills Score (S: 47,2±8,5 K: 50,3±4,5) verbesser-te sich die Simulationsgruppe um 5,8 Punkte auf 53,0±5,6, während sich die Kontroll-gruppe um 6,7 Punkte verschlechterte (K: 43,6±7,0). Dieser Unterschied zeigte sich statistisch signifikant (p=0,003) ANCOVA, abhängige Variable = Veränderung von Prä-zu Postevaluation; Gruppe als Faktor, Ausgangswerte als Kovariate. Schlussfolgerung: VR-Simulationstraining verbessert die kathetertechnischen Fertigkeiten angehender interventioneller Kardiologen. / Objective: To assess whether mentored simulation-based-trai¬ning can improve the procedural skills of beginners in coronary interventional procedures a stratified randomized study was performed. Background: Simulation based-catheter training is a valuable tool to practice interventional procedures. Whether this type of training enhances the procedural skills of fellows learning percutaneous coronary interventions (PCI) has never been studied. Methods: 18 cardiology fellows were randomized either in¬to the simulation-based training (n=9) or the control group (n=9). The simulation group received 7.5 hours of VR simulation training, whereas the control group attended 4.5 hours of lectures. Each participant had to perform a simple (pre-evaluation) and a more complex (post-evaluation) catheter intervention on a pulsatile coronary flow model in a catheterization laboratory. All procedures were videotaped, analyzed and rated by three expert interventiona¬lists, who were blinded to the randomization. To assess the individual performance level, a skills-score was determined. This skills score consists of 14 performance characteristics (five-level Likert scale, maximum score of 70 points). Results: The skills score increased by 5.8±6.1 points in the simulation group and decreased by 6.7±8.4 in the control group (p=0.003) from the simple pre- to the more complex lesion at post-evaluation demonstrating the effectiveness of simulation-based training.

Tübingen, Univ., Diss., 2002.

Eine fundierte Ausbildung ist in der interventionellen Kardiologie essentiell, um die teilweise komplexen Prozeduren erfolgreich und sicher durchführen zu können. Bei der perkutanen Koronarintervention (PCI) können u.a. Fehler beim Handling des Führungsdrahtes auftreten. So kann es einerseits zum Drahtverlust, andererseits zur distalen Koronargefäßperforation kommen. Daher ist es sinnvoll, die Technik des Katheterwechsels ohne inadäquate Drahtbewegung vor der ersten Intervention im Herzkatheterlabor am Modell zu trainieren. Für diesen Zweck wurde der DACH-BOSS-Simulator entwickelt, an dem der Katheterwechsel trainiert werden kann. Die Validität des Modells wurde im Rahmen einer Studie bei 10 Medizinstudenten (S) sowie 10 angehenden interventionellen Kardiologen (F) untersucht. Jeder Teilnehmer führte eine Trainingsreihe bestehend aus 25 Prozeduren durch. Um den Trainingseffekt zu ermitteln, wurden die mittleren Punktzahlen der ersten 3 und der letzten 3 Prozeduren jedes Probanden in der Studenten- und Fortgeschrittenengruppe verglichen. Zur Bestimmung der Konstruktvalidität führte eine dritte Gruppe von 5 Experten (E, > 1000 PCIs) jeweils 3 Prozeduren durch. Ausmaß der Drahtbewegung und benötigte Zeit wurden mit Punkten bewertet und als Skills score dargestellt. Bei den ersten 3 Prozeduren erzielten die Experten signifikant höhere Werte als die Studenten oder die Fortgeschrittenengruppe (E: 12,9±1,0; S: 7,1±2,6, p = 0,001; F: 8,3±2,0; p = 0,001; Mann-Whitney-U). Anfänger und Fortgeschrittene durchliefen während der 25 Trainingsprozeduren eine Lernkurve; im Mittel verbesserte sich die Studentengruppe von 7,1±2,6 auf 12,2±2 (p=0,007, Wilcoxon) und die Fortgeschrittenengruppe von 8,3±2,0 auf 13,2±1,0 (p = 0,005, Wilcoxon). Der DACH-BOSS-Simulator stellt somit ein valides Modell zum Training des Katheterwechsels ohne inadäquate Drahtbewegung dar. Angehende interventionelle Kardiologen können diesen wichtigen Schritt der Prozedur am Modell trainieren und erlernen. Ob die am Simulator erworbenen Fähigkeiten auf die klinische Prozedur übertragbar sind, muss in weiteren Studien untersucht werden. / Extensive training is required to successfully and safely perform a percutaneus coronary intervention (PCI). For example, uncontrolled movement of the guide wire during catheter exchange may cause “wire-loss” or distal coronary perforation and has to be avoided. The motor skills to hold the wire in a stable position during catheter exchange thus should systematically be trained, and a low cost benchtop model was developed to train catheter exchange without unintended guide wire movements. The effectiveness of the model was evaluated in 10 medical students (S) and 10 cardiology fellows (F) with previous experience in diagnostic catheterization. Both groups underwent a training series consisting of 25 single procedures. Effectiveness of training was assessed by comparing the first 3 and the last 3 procedures in the student and fellows group. To determine the construct validity a third group of 5 experts (E; performed >1000 PCIs) performed a series of 3 procedures. Wire movement and required time were combined into a skills score. These results were compared with the first 3 procedures of the other groups. For the first 3 procedures, experts scored significantly higher than students or fellows (E: 12.9±1.0; S: 7.1±2.6, p=0.001; F: 8.3±2.0, p=0.001; Mann-Whitney-U). Students and fellows improved significantly throughout the series training on the simulator (S: 12.2±2.0, p=0.007; F: 13.2±1.0, p=0.005, Wilcoxon). This low-cost simulator is a valid model to train adequate guide wire handling in interventional cardiology. It needs to be shown wether the acquired skills can be transfered to the clinical situation.

Durch Fortschritte in der Technologie haben interventionelle Eingriffe am Herzen in den letzten Jahrzehnten einen herausragenden Stellenwert entwickelt und zu einer Reduktion von aufwendigen Operationen am Herzen geführt. Die Ausbildung im Herzkatheterlabor, die nach dem konservativen „appreticeship-model“ erfolgt, gerät in Anbetracht der sinkenden finanziellen Mittel, Zeitmangel und der ethischen Fragen bezüglich Patientensicherheit immer mehr in Diskussion. Die Entwicklung der Virtual-Reality-Simulatoren für Kathetereingriffe bietet hier durch die Realitätsnähe einen Ansatzpunkt für die Möglichkeit eines individuell angepassten, repetitiven Trainings ohne die Gefährdung eines Patienten. Standardsituationen als auch seltene Komplikationen können nachgestellt werden. Diese Studie weist nach, dass Training an den Virtual-Reality-Simulatoren CATHI und Immersion zu einer Risikoreduktioin bei der Durchführung einer perkutanen Coronarintervention führt. Zur Untersuchung der Effekte von Virtual-Reality-Training auf die Performance einer perkutanen Coronarintervention wurde an der medizinischen Klinik Wuerzburg eine kontrolliert-radnomisierte Studie mit 33 Anfängern in der interventionellen Kardiologie durchgeführt. 16 Teilnehmer (Simulationsgruppe) erhielten ein intensives acht-stuendiges Simulationstraining an zwei verschiedenen Virtual-Reality-Simulatoren (CATHI und Immersion), 17 Teilnehmer bildeten die Kontrollgruppe, die den konservativen Ausbildungsgang repräsentierte und kein Simulationstraining erhielt. Alle Teilnehmer mussten in Form einer Prä- und Postevaluation unter realitätsnahen Umständen im Herzkatheterlabor der Uniklinik Würzburg innerhalb von 30 Minuten eine perkutane Coronarintervention an einem pulsatilen Herzkreislaufmodell aus Silikon (CoroSim) eigenständig vornehmen. Dabei musste eine an einer Aufteilung lokalisierte hochgradige Stenose ohne Abgänge mit einer Länge von 10mm und einem Gefäßdurchmesser von 4mm eröffnet werden. Die Ergebnisse zeigten für die Präevaluation keine gruppenspezifischen Unterschiede. Nach dem Simulationstraining zeigte sich eine signifikante Verbesserung der Simulationsgruppe bei der Risikominimierung in Bezug auf Sicherheit bei der Anwendung des Führungskatheters, des Koronardrahts, des Ballon/Stents und bei der KM-Injektion, während sich die Kontrollgruppe in diesen Punkten nicht verbessern konnte. Die aktuelle Studie zeigt, dass Training an den Virtual-Reality-Simulatoren, als Ergänzung zur herkömmlichen Ausbildung, ein hohes Potential für die Optimierung von interventionellen Herzkathetereingriffen verfügt. / Annually more than 800.000 diagnostic procedures and 300.000 percutaneous coronary interventions are performed in Germany. The need of interventional cardiologists is growing continuously. The education is following the "appranticeship-model" which means that trainees arrange procedures with the guidance of an experienced teacher. But this way of education is exposed to several problems like personnel and financial restrictions as well as ethical criticism. The development of realistic virtual-reality-simulation-systems could be a possible solution for this dilemma. It provides repetitive, individual, riskfree training of standard and also of rare situations. In the following study the effect of virtual-reality-training has been analyzed in a randomised controlled trial at the university hospital of Wuerzburg. The study was performed with the two simulation systems CATHI and Immersion and 33 participants, who who have been beginners in interventional cardiology. 16 cardiologists were given 8 hours of intensive training at both simulation systems (=simulation-group). 17 participants representated the conventional education without receiving simulation-training (=control-group). All particpants completed an pre- and postevaluation. At the beginning no differences between the groups could be documentated. After the virtual-reality-training the simulation-group could significantly improve the risk awareness in catheter-/ balloon- and stent-handling during a percutaneous coronarintervention. The results prove that virtual-reality-simulation is a valuable tool to improve risk awareness in interventional cardiology in addition to the conventional education.

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. / 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.

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. / 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.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der altersabhängigen Inzidenz und den Risikofaktoren für das Auftreten von lokalen Gefäßkomplikationen nach Herzkathetern über den femoralen Zugang. Diese sind die häufigsten Komplikationen nach Herzkatheteruntersuchungen überhaupt. Besonders berücksichtigt wurden multimorbide und sehr alte Patienten. Durch den demographischen Wandel und eine stetig wachsende Zahl an durchgeführten Herzkatheterprozeduren wird das Aufkommen solcher Patienten in der Zukunft weiter ansteigen. Der Zugang über die Leistengefäße stellt vielerorts noch immer den meistgenutzten dar. Frühere Studien konnten bereits diverse Risikofaktoren für das Auftreten von lokalen Gefäßkomplikationen nach Herzkathetern ermitteln, unter anderem hohes Alter und typische Alterskrankheiten. In den untersuchten teils sehr kleinen Kohorten wurden oft außerordentlich hohe Komplikationsraten ermittelt. Um zu verhindern, dass alten Patienten aus Sorge um mögliche Komplikationen potentiell lebensrettende invasive Maßnahmen vorenthalten werden, ist eine stetige Risikoevaluation notwendig. In dieser Studie wurden 42.628 Prozeduren bei Patienten, die am Herzzentrum Leipzig zwischen 2005 und 2009 einen diagnostischen Herzkatheter oder eine perkutane Koronarintervention (PCI) erhielten, ausgewertet. Ziel der Arbeit war es, die altersabhängigen Komplikationsraten sowie Prädiktoren für das Auftreten von Komplikationen zu ermitteln. Dazu wurden für drei Altersgruppen (Patienten unter 65, zwischen 65 und 79 sowie über 80 Jahre) jeweils prozedurale und klinische Parameter analysiert. Es wurde ein moderater Anstieg der Komplikationsraten festgestellt. Dies zeigt, dass Herzkatheter über einen Leistenzugang bis ins hohe Alter ein sicheres Verfahren sind. Die ermittelten Prädiktoren können einer klinischen Risikostratifizierung dienen.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der altersabhängigen Inzidenz und den Risikofaktoren für das Auftreten von lokalen Gefäßkomplikationen nach Herzkathetern über den femoralen Zugang. Diese sind die häufigsten Komplikationen nach Herzkatheteruntersuchungen überhaupt. Besonders berücksichtigt wurden multimorbide und sehr alte Patienten. Durch den demographischen Wandel und eine stetig wachsende Zahl an durchgeführten Herzkatheterprozeduren wird das Aufkommen solcher Patienten in der Zukunft weiter ansteigen. Der Zugang über die Leistengefäße stellt vielerorts noch immer den meistgenutzten dar. Frühere Studien konnten bereits diverse Risikofaktoren für das Auftreten von lokalen Gefäßkomplikationen nach Herzkathetern ermitteln, unter anderem hohes Alter und typische Alterskrankheiten. In den untersuchten teils sehr kleinen Kohorten wurden oft außerordentlich hohe Komplikationsraten ermittelt. Um zu verhindern, dass alten Patienten aus Sorge um mögliche Komplikationen potentiell lebensrettende invasive Maßnahmen vorenthalten werden, ist eine stetige Risikoevaluation notwendig. In dieser Studie wurden 42.628 Prozeduren bei Patienten, die am Herzzentrum Leipzig zwischen 2005 und 2009 einen diagnostischen Herzkatheter oder eine perkutane Koronarintervention (PCI) erhielten, ausgewertet. Ziel der Arbeit war es, die altersabhängigen Komplikationsraten sowie Prädiktoren für das Auftreten von Komplikationen zu ermitteln. Dazu wurden für drei Altersgruppen (Patienten unter 65, zwischen 65 und 79 sowie über 80 Jahre) jeweils prozedurale und klinische Parameter analysiert. Es wurde ein moderater Anstieg der Komplikationsraten festgestellt. Dies zeigt, dass Herzkatheter über einen Leistenzugang bis ins hohe Alter ein sicheres Verfahren sind. Die ermittelten Prädiktoren können einer klinischen Risikostratifizierung dienen.