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Virtuelle Simulation dentoalveolärer Eingriffe in einem dreidimensionalen Computermodell mit Kraftrückkopplungssystem

Virtual simulation of dental surgery using a three-dimensional computer model with a force feedback system

Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie Aims and scope Submit manuscript

Zusammenfassung

Hintergrund

Das gezielte Abtragen knöcherner Strukturen, ohne darin verlaufende Strukturen zu verletzen, ist essenzieller Bestandteil operativer Maßnahmen, besonders im Bereich der dentoalveolären Chirurgie. Mithilfe eines neuen Simulators können diese Bohr- und Fräsvorgänge virtuell trainiert werden, was am Beispiel von Wurzelspitzenresektionen demonstriert werden soll.

Material und Methode

Mit dem VOXEL-MAN-System wurden aus den Schichtdaten eines Schädels ein virtuelles, dreidimensionales Modell erstellt und Nervi alveolares inferiores sowie apikale Granulome der Zähne 23, 25, 36 und 35 modelliert. Um ein realistisches Bohrgefühl über das angebundene Kraftrückkopplungsgerät zu erhalten, wurden in das VOXEL-MAN-System Methoden integriert, die eine Kollisionserkennung mit hoher Auflösung ermöglichen. Zusätzlich wurden auf die berechnete Kraft Schwingungen aufmoduliert, die das Bohrgefühl verstärken sollten. Durch eine stereoskopische Darstellung mit Shutterbrillen wurde die räumliche Wahrnehmung weiter verbessert.

Ergebnisse

Mit dem hier vorgestellten Modell ist es möglich, beliebig komplexe, volumenbasierte Modelle visuell und haptisch zu „begreifen“ und mit diesen Modellen bohrend und fräsend zu interagieren. Das haptische Gefühl ist aufgrund der speziellen Kollisionserkennung, der Berücksichtigung wichtiger Parameter des Bohrvorgangs und des Aufmodulierens von Bohrgeräuschen auf das Werkzeug sehr überzeugend. Durch die postoperative Rekonstruktion beliebiger Schnittebenen ist eine mehrdimensionale Kontrolle der durchgeführten Bohrvorgänge möglich.

Schlussfolgerung

Am Beispiel von Wurzelspitzenresektionen konnte gezeigt werden, dass mit dem hier vorgestellten System eine sehr realistische bohrende und fräsende Interaktion auch mit komplexen anatomischen Modellen durchzuführen ist. Grundsätzlich können durch das Einfügen virtueller Pathologien in vorhandene Bilddaten verschiedenartige Operationen simuliert werden.

Abstract

Background

Selective reduction of bone without injuring inner structures is an essential part of surgical techniques, especially during dental surgery. Virtual drilling is possible using a new simulator. The following illustrates simulation of an apicectomy.

Material and methods

Using the VOXEL-MAN system, a virtual three-dimensional model of a skull was created based on CT data. Both inferior alveolar nerves and apical inflammations of teeth 23, 25, 36, and 35 were virtually simulated. To achieve a realistic drilling effect with the force feedback system, special tools were integrated into VOXEL-MAN to obtain a high resolution of collision recognition. Adding drilling noises further improved the simulation. Spatial 3D perception was possible with the help of shutter glasses.

Results

The presented computer model enabled the visual and haptic observation of complex volume-based models and virtual interaction with them. The haptic feeling proved to be convincing because of collision recognition, consideration of drilling parameters, and addition of drilling noises. Via postoperative reconstructions, polydimensional verification of performed drilling routes is possible.

Conclusion

Using apicectomies as examples, realistic simulation of dental surgical procedures, even in complex anatomical models, is possible. Generally, it is possible to add virtual pathologies in data sets and/or to use anonymous patient data sets to extend the range of simulated surgical procedures.

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Heiland, M., von Sternberg-Gospos, N., Pflesser, B. et al. Virtuelle Simulation dentoalveolärer Eingriffe in einem dreidimensionalen Computermodell mit Kraftrückkopplungssystem. Mund Kiefer GesichtsChir 8, 163–166 (2004). https://doi.org/10.1007/s10006-004-0534-z

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