Virtuelle Simulation von Wurzelspitzenresektionen in einem dreidimensionalen Computermodell mit Kraftrückkopplungssystem

Abstract

Virtuelle Simulation von Wurzelspitzenresektionen in einem dreidimensionalen Computermodell mit Kraftrückkopplungssystem

Das gezielte Abtragen knöcherner Strukturen, ohne darin verlaufende Strukturen zu verletzen, ist essentieller Bestandteil operativer Maßnahmen, besonders im Bereich der dentoalveolären Chirurgie. Mit Hilfe eines neuen Simulators können diese Bohr- und Fräsvorgänge virtuell trainiert werden, was am Beispiel von Wurzelspitzenresektionen demonstriert werden soll. Mit Hilfe des VOXEL-MAN-Systems wurde 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 bekommen, wurden in VOXEL-MAN Methoden integriert, die eine Kollisionserkennung mit hoher Auflösung ermöglichen. Zusätzlich wurden auf die berechnete Kraft Schwingungen aufmoduliert, die das Bohrgefühl verstärken sollen. Durch eine stereoskopische Darstellung mit Shutterbrillen wurde die räumliche Wahrnehmung weiter verbessert. Mit dem hier vorgestelltem Modell ist es möglich, beliebig komplexe, volumenbasierte Modelle visuell und haptisch zu "begreifen" und mit diesem 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. 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 möglich ist. Grundsätzlich ist es möglich, durch das Einfügen virtueller Pathologien in vorhandene Bilddaten verschiedenartige Operationen zu simulieren.