For more than 2,500 years, surgical teaching has been based on the so called "see one, do one, teach one" paradigm, in which the surgical trainee learns by operating on patients under close supervision of peers and superiors. However, higher demands on the quality of patient care and rising malpractice costs have made it increasingly risky to train on patients. Minimally invasive surgery, in particular, has made it more difficult for an instructor to demonstrate the required manual skills. It has been recognized that, similar to flight simulators for pilots, virtual reality (VR) based surgical simulators promise a safer and more comprehensive way to train manual skills of medical personnel in general and surgeons in particular. One of the major challenges in the development of VR-based surgical trainers is the real-time and realistic simulation of interactions between surgical instruments and biological tissues. It involves multi-disciplinary research areas including soft tissue mechanical behavior, tool-tissue contact mechanics, computer haptics, computer graphics and robotics integrated into VR-based training systems. The research described in this paper addresses the problem of characterizing soft tissue properties for medical virtual environments. A system to measure in vivo mechanical properties of soft tissues was designed, and eleven sets of animal experiments were performed to measure in vivo and in vitro biomechanical properties of porcine intra-abdominal organs. Viscoelastic tissue parameters were then extracted by matching finite element model predictions with the empirical data. Finally, the tissue parameters were combined with geometric organ models segmented from the Visible Human Dataset and integrated into a minimally invasive surgical simulation system consisting of haptic interface devices and a graphic display.
The purpose of this paper is concerned with a battery type powered handpiece drive system for surgical operation. Battery type powered surgical handpiece is suitable for delicate surgical operating. The conventional air-type handpiece has a mechanical noise, a strong oscillation and a danger of infection. And the conventional contact switching type handpiece has problems that is restricted by surroundings. By reason of this kind, we studied noncontact switching type surgical handpiece to change conventional air type surgical handpiece and contact switching type. Also in this paper we develop the battery type power handpiece drive system for surgical operation using controller IC UC3625 of UNITRODE CO. Finally some experimental and simulation results are provided to demonstrate the validity of the proposed battery type power handpiece drive system.
가상 현실 시뮬레이션은 다양한 분야에서의 교육과 훈련에 활용이 되며, 특히 최근에는 의료 분야에서 많이 사용되고 있다. 교육/훈련용 시뮬레이터는 의사가 실제 수술 도구를 이용하여 실제 환자에 대해 처치를 하는 것과 같은 느낌이 나게 하는 촉감/역감 생성 및 영상/음향 출력 하드웨어와 여기에 실감 나는 영상과 촉감을 생성해주는 소프트웨어로 이루어진다. 기존의 시뮬레이터들은 수술 시에 사용되는 다양한 수술 도구들을 모사하기 위해 다양한 형태의 하드웨어들을 사용해야 하므로 복잡하고 비용이 많이 소요되는 문제가 있다. 이 논문에서는 포스 피드백 장치와 변형 가능한 햅틱 컨트롤러를 이용한 치과 수술 시뮬레이션 시스템을 제안한다. 햅틱 하드웨어들은 수술 도구와 수술 부위의 충돌 여부를 파악하고 그에 따른 저항감과 진동감을 제공한다. 특히 길이 변화, 굽힘과 같은 변형이 가능한 햅틱 컨트롤러는 여러 수술 도구들의 형태에 따라 느껴지는 다양한 감각을 표현할 수 있다. 사용자가 햅틱 피드백 장치를 조작하면 햅틱 피드백 장치의 움직임이나 버튼 클릭 등의 이벤트가 시뮬레이션 시스템에 전달되어 치과용 수술 도구와 구강 내부 모델들 사이의 상호작용이 발생하고 이에 따른 햅틱 피드백이 햅틱 피드백 장치로 전달된다. 이러한 기반 기술들을 활용하여 정교한 3차원 모델로 표현된 가상 환경에서 대표적인 치과 수술기법인 매복 사랑니 발치 수술의 현실적인 훈련 경험을 제공한다.
현재 인공고관절 전치환 수술 과정의 높은 난이도 때문에 숙련된 의사의 경험에 상당히 의존하고 있는 실정이다. 비구컵과 대퇴 임플란트의 위치 선정은 수술의 성공 여부와 밀접한 관계가 있지만 아직까지는 의사의 눈대중에 의해 이루어지는 경우가 많다. 이러한 이유로 인하여 인공삽입물(비구컵, 대퇴시스템) 삽입의 정확성이 낮아서 재치환술을 해야 하는 경우가 자주 발생한다. 본 연구에서는 환자 골반골(pelvis)과 대퇴골(femur)의 3차원적인 고유 기하학적 정보를 이용하는 모사 시술을 통하여 비구컵과 대퇴 임플란트의 정확한 위치를 선정하는 방법을 결정하였다. 이를 위하여 우선 비구컵의 위치 변화에 따른 대퇴 전염각 및 대퇴 경간각의 변화 양상을 살펴보았고 또한 대퇴 임플란트의 삽입 위치에 따른 대퇴스템 경부 길이 및 대퇴스템각의 변화 양상을 조사하였다. 본 연구에서 다양한 모사 시술을 통한 기하학적 정보의 분석 결과 비구컵과 대퇴 임플란트의 정확한 위치 선정이 가능함을 확인하였다. 본 연구의 모사 시술 방법을 이용하여 의사가 인공고관절 수술을 선행한다면 수술의 정확도와 숙련도를 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.
Background: In daily practice, three-dimensional patient-specific jawbone models (3D models) are a useful tool in surgical planning and simulation, resident training, patient education, and communication between the physicians in charge. The progressive improvements of the hardware and software have made it easy to obtain 3D models. Recently, in the field of oral and maxillofacial surgery, there are many reports on the benefits of 3D models. We introduced a desktop 3D printer in our department, and after a prolonged struggle, we successfully constructed an environment for the "in-house" fabrication of the previously outsourced 3D models that were initially outsourced. Through various efforts, it is now possible to supply inexpensive 3D models stably, and thus ensure safety and precision in surgeries. We report the cases in which inexpensive 3D models were used for orthodontic surgical simulation and discuss the surgical outcomes. Review: We explained the specific CT scanning considerations for 3D printing, 3D printing failures, and how to deal with them. We also used 3D models fabricated in our system to determine the contribution to the surgery. Based on the surgical outcomes of the two operators, we compared the operating time and the amount of bleeding for 25 patients who underwent surgery using a 3D model in preoperative simulations and 20 patients without using a 3D model. There was a statistically significant difference in the operating time between the two groups. Conclusions: In this article, we present, with surgical examples, our in-house practice of 3D simulation at low costs, the reality of 3D model fabrication, problems to be resolved, and some future prospects.
Surgeon dentists usually rely on their experiential judgments from patients' oral plaster casts and medical images to determine the positional and directional information of implant fixtures and to perform drilling tasks during dental implant surgical operations. This approach, however, may cause some errors and deteriorate the quality of dental implants. Computer-aided methods have been introduced as supportive tools to alleviate the shortcomings of the conventional approach. In this paper, we present an approach of 3D dental implant simulation which can provide the realistic and immersive experience of dental implant information. The dental implant information is primarily composed of several kinds of 3D mesh models obtained as follows. Firstly, we construct 3D mesh models of jawbones, teeth and nerve curves from the patient's dental images using software $Mimics^{TM}$. Secondly, we construct 3D mesh models of gingival regions from the patient's oral impression using a reverse engineering technique. Thirdly, we select suitable types of implant fixtures from fixture database and determine the positions and directions of the fixtures by using the 3D mesh models and the dental images with software $Simplant^{TM}$. Fourthly, from the geometric and/or directional information of the jawbones, the gingival regions, the teeth and the fixtures, we construct the 3D models of surgical guide stents which are crucial to perform the drilling operations with ease and accuracy. In the application phase, the dental implant information is combined with the tangible interface device to accomplish 3D dental implant simulation. The user can see and touch the 3D models related with dental implant surgery. Furthermore, the user can experience drilling paths to make holes where fixtures are implanted. A preliminary user study shows that the presented approach can be used to provide dental students with good educational contents. With future work, we expect that it can be utilized for clinical studies of dental implant surgery.
Facial model reconstruction and surgical simulation are essential parts in the computer-aided surgical system. Plastic surgeons use it to design appropriate repair plans and procedures before actual surgery is operated. In this work, the exploration of 3-D metamorphosis to them presents new results in these two parts.
Although lobectomy remains the gold-standard surgical treatment for non-small-cell lung cancer, the frequency of thoracoscopic segmentectomy is increasing. Multiple factors must be considered in the choice of the procedure, ranging from adequate surgical planning or simulation, tumor localization, and identification of the intersegmental plane to severing the intersegmental plane to achieve an oncologically safe surgical margin with no or minimal manual palpation and different landmarks. In this article, we present an overview of methods for each procedural step of thoracoscopic segmentectomy, from preoperative planning to division of the intersegmental plane.
Journal of the Korean Association of Oral and Maxillofacial Surgeons
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제39권4호
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pp.197-199
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2013
Three-dimensional (3D) computed tomography image models are helpful in reproducing the maxillofacial area; however, they do not necessarily provide an accurate representation of dental occlusion and the state of the teeth. Recent efforts have focused on improvement of dental imaging by replacement of computed tomography with other detailed digital images. Unfortunately, despite the advantages of medical simulation software in dentofacial analysis, diagnosis, and surgical simulation, it lacks adequate registration tools. Following up on our previous report on orthognathic simulation surgery using computer-aided design/computer-aided manufacturing (CAD/CAM) software, we recently used the registration functions of a CAD/CAM platform in conjunction with surgical simulation software. Therefore, we would like to introduce a new technique, which involves use of the registration functions of CAD/CAM software followed by transfer of the images into medical simulation software. This technique may be applicable when using various registration function tools from different software platforms.
Im, Joon;Kang, Sang Hoon;Lee, Ji Yeon;Kim, Moon Key;Kim, Jung Hoon
대한치과교정학회지
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제44권6호
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pp.330-341
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2014
A 19-year-old woman presented to our dental clinic with anterior crossbite and mandibular prognathism. She had a concave profile, long face, and Angle Class III molar relationship. She showed disharmony in the crowding of the maxillomandibular dentition and midline deviation. The diagnosis and treatment plan were established by a three-dimensional (3D) virtual setup and 3D surgical simulation, and a surgical wafer was produced using the stereolithography technique. No presurgical orthodontic treatment was performed. Using the surgery-first approach, Le Fort I maxillary osteotomy and mandibular bilateral intraoral vertical ramus osteotomy setback were carried out. Treatment was completed with postorthodontic treatment. Thus, symmetrical and balanced facial soft tissue and facial form as well as stabilized and well-balanced occlusion were achieved.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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