Thomas Kniplitsch studierte Software Engineering an der FH Hagenberg und entwickelte in seiner Masterarbeit ein virtuelles Schneidsystem für die beiden äußeren Hirnhautschichten. Betreut wurde er dabei von Dr. Wolfgang Fenz aus der Forschungsabteilung Medizin-Informatik der RISC Software GmbH.

Worum geht es in deiner Masterarbeit?

Thomas: Ziel der Masterarbeit war es, ein virtuelles Schneidsystem für simulierte Dura mater und Arachnoidea, die beiden äußeren Hirnhautschichten, zu entwickeln. Da die Dura mater weniger verflochten ist, wurde sich erst darauf konzentriert. Als Physik-Simulation wurde ein Masse-Feder-Dämpfer Modell gewählt, da dieses besser mit Topologieänderungen zur Laufzeit umgehen kann als z. B. ein Finite Elemente Modell und zudem einfacher aufgebaut ist. Als Simulations-Topologie wurde ein dreiecksbasiertes Oberflächenmesh einer volumetrischen Variante vorgezogen, da Hirnhäute im Verhältnis zur Oberfläche ein relativ geringes Volumen besitzen.

Bei der Analyse bestehender Schneidalgorithmen wurde festgestellt, dass die meisten Systeme entweder die Geometrie der Physik-Elemente und damit ihr Verhalten ändern, oder Schnitte unzureichend genau darstellen. Ein hybrider Ansatz, welcher die dargestellte Oberfläche teilweise von der Geometrie der Physik-Simulation entkoppelt, wurde als Ausgangspunkt gewählt, allerdings wurden die bestehenden Algorithmen als unzureichend empfunden. Dies führte zur Entwicklung eines neuen Schneidalgorithmus, welcher das Kernstück der Masterarbeit darstellt. Dieser erlaubt ein Balancing von Schnittgenauigkeit und Komplexität der dargestellten Elemente über Parameter bei ähnlicher Performance der Physik-Simulation wie bei anderen hybriden Ansätzen.

Zusätzlich zum Schneidalgorithmus wurden Datenstrukturen zur Partitionierung des Simulationsbereichs und dem Zusammenführen von Punkten entwickelt, welche sich auch außerhalb des Schneidalgorithmus als nützlich erweisen sollten.

Wo sind die konkreten Problemstellungen in realen Anwendungsfällen? Was waren die Herausforderungen der Themenstellung? Welche Fähigkeiten hat der die/Betreute im Zuge der Masterarbeit gezeigt, was wurde besonders gut gelöst?

Betreuer Wolfgang Fenz: Das Thema wurde gewählt mit dem Hintergrund, den Schneidealgorithmus später in der virtuellen Komponente des MEDUSA-Trainingssimulators für Neurochirurgen zu integrieren, um die Freipräparation von Gehirnaneurysmen zu simulieren, welche unter anderem das Schneiden von Hirnhäuten beinhaltet. Dabei ist sowohl die (visuelle und physikalische) Realitätsnähe als auch die Echtzeitperformance der Methode eine wesentliche Herausforderung. Thomas Kniplitsch hat sich im Zuge der Masterarbeit sehr gut in die komplexen Themen der Mesh-Schneidealgorithmen und der Anatomie bzw. physikalischen Eigenschaften von Hirnhäuten eingearbeitet und sowohl im bei der Recherche des State of the Art als auch in der Implementierung sowie der Entwicklung neuer effizienter Datenstrukturen großes Geschick bewiesen. Besonders erfreulich ist, dass ein auf den Ergebnissen der Arbeit basierendes Paper bereits für einen Vortrag auf einer internationalen Konferenz akzeptiert worden ist.

Wie bist du dazu gekommen, die Arbeit an der RISC Software GmbH zu schreiben und wie war die Betreuung und der Ablauf?

Thomas: Aufmerksam wurde ich über die FH Next Karrieremesse, bei der die RISC Software GmbH ausgestellt hatte. Dabei hat mich vor allem der Bereich der Medizin-Informatik angesprochen. Das hat dazu geführt, dass ich bereits während meines Bachelor-Studiums ein Berufspraktikum bei der RISC Software GmbH gemacht habe. Nach Abschluss des Praktikums wurde ich als Teilzeitkraft übernommen und so bin ich zu den Projekten Medusa und Ares gekommen. Da in diesen Bereichen auch Masterarbeiten gemacht werden, hat es sich natürlich für mich angeboten. Mein Betreuer war dadurch auch mein Kollege, mit dem ich ohnehin bereits zusammengearbeitet habe, was natürlich super praktisch und angenehm war. Zudem wurde es mir ermöglicht während der Studienzeiten über Monate Urlaub bzw. Zeitausgleich zu nehmen, wofür ich sehr dankbar bin.

In welchen Tätigkeitsfeldern möchtest du zukünftig arbeiten? Was sind deine Pläne für die Zukunft?

Thomas: Da ich bis jetzt nur positive Erfahrungen bei der RISC sammeln durfte, möchte ich auch weiterhin hier arbeiten. Ich bin sehr zufrieden in der Abteilung Medizin-Informatik, vor allem das angenehme Arbeitsumfeld und die flexiblen Arbeitszeiten schätze ich sehr. Zudem empfinde ich die Arbeit in der medizinischen Forschung als sehr sinnstiftend, also hoffe ich noch sehr lange hier arbeiten zu dürfen.

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