Medicine Meets Virtual Reality 13Ja

Medicine Meets Virtual Reality 13
James D. Westwood et al. (Eds.)
IOS Press, 2005
133
Haptic Simulation of the Milling Process
in Temporal Bone Operations
Magnus ERIKSSON, Henrik FLEMMER and Jan WIKANDER
Mechatronics Lab, Department of Machine Design,
The Royal Institute of Technology, Stockholm, Sweden
e-mail: [e-mail]
Abstract. A VR-simulation system for educating surgeons of the temporal bone
milling processes is presented in this paper. E.g. the milling process that occurs
during the removal of certain cancer tumors in the brain. The research project is
recently started up and this paper is an introduction to the bone milling simulation
topic. We present how the graphical rendering of the temporal bone is done. Acquired
data are managed using the Marching cubes algorithm to perform a visual
representation. A re-production of iso-surfaces will represent the material removal
occurred during the milling process. Force models are discussed and will be implemented
in the H3D API, which is used to control the virtual simulation and collision
detection. Equipment, implementation and future work are also presented in
the paper.
1. Introduction
For removal of cancer tumors in certain locations of a human head, the surgeon has not
only to open up a hole in the temporal bone, a path along the inside of the temporal bone
must also be made. Today, the surgeon mills this path very carefully with a small hand
held mill such that the tumor can be reached without affecting the brain more than necessary
and not to damage other vital parts of the head located close to the tumor. Typically,
this path is located in a region where the temporal bone is geometrically complicated
and is surrounding neurons, brain tissue and critical parts of the nervous system. Hence,
the milling phase of an operation of this type is difficult, safety critical and very time
consuming. Reduction of operation time by only a few percent would in the long run
save society large expenses.
In order to reduce operation time and to provide surgeons with an invaluable practicing
environment, this paper discusses the introduction of a simulator system to be used
in both surgeon curriculum and in close connection to the actual operations.
In earlier research [1], a prototype master slave system for introduction of telerobotic
surgery in the described task was developed. The work presented in this paper describes
an extension to that system in terms of development of a simulator system based on
a virtual reality representation of the human skull from which both haptic and visual
feedback to the surgeon is generated. The visual and haptic implementations are two
major steps to reach the over all goal with this research project, to get an appropriate
haptic and virtual reality system to train and educate surgeons practicing bone milling.

Kết quả (Việt) 1:

Y học đáp ứng thực tế ảo 13James D. Westwood et al. (chủ biên)IOS Press, 2005133Các mô phỏng Haptic của quá trình phayXương thời gian hoạt độngMagnus ERIKSSON, Henrik FLEMMER và Jan WIKANDERCơ điện tử phòng thí nghiệm, vùng máy thiết kế,Viện công nghệ Hoàng gia, Stốc-khôm, Thuỵ Điểnthư điện tử: [e-mail]óm tắt. Một hệ thống mô phỏng VR cho giáo dục bác sĩ phẫu thuật của xương thời gianMáy phay quy trình được trình bày trong bài báo này. Ví dụ: quá trình phay xảy ratrong việc loại bỏ các khối u ung thư nhất định trong não. Dự án nghiên cứumới bắt đầu lên và giấy này là giới thiệu về xương nghiền mô phỏngchủ đề. Chúng tôi trình bày như thế nào rendering xương thời gian, đồ họa được thực hiện. Mua lạidữ liệu được quản lý bằng cách sử dụng các thuật toán khối diễu hành để thực hiện một thị giácđại diện. Một sản xuất tái iso-bề mặt sẽ đại diện cho cắt bỏ vật liệuxảy ra trong quá trình phay. Lực lượng mô hình được thảo luận và sẽ được thực hiệntrong API H3D, được sử dụng để kiểm soát các mô phỏng ảo và va chạmphát hiện. Thiết bị, thực hiện và làm việc trong tương lai cũng được trình bày tronggiấy.1. giới thiệuĐể loại bỏ khối u ung thư tại một số địa điểm của một người đứng đầu của con người, bác sĩ phẫu thuật đã khôngchỉ để mở ra một lỗ hổng trong xương thời gian, một con đường dọc theo bên trong của xương thời giancũng phải được thực hiện. Hôm nay, bác sĩ phẫu thuật nhà máy đường dẫn này rất cẩn thận với một bàn tay nhỏtổ chức mill sao cho các khối u có thể đạt được mà không có ảnh hưởng đến não nhiều hơn cần thiếtvà không làm hỏng các bộ phận quan trọng khác của người đứng đầu gần với các khối u. Thông thường,con đường này nằm ở một khu vực nơi xương thời gian là geometrically phức tạpvà xung quanh tế bào thần kinh, mô não và các bộ phận quan trọng của hệ thống thần kinh. Do đó,phay giai đoạn của một hoạt động của loại này là khó khăn, an toàn quan trọng và rất thời giantiêu thụ. Giảm hoạt động thời gian bởi chỉ có một vài phần trăm nào trong thời gian dàilưu xã hội chi phí lớn.Để giảm bớt thời gian hoạt động và cung cấp cho các bác sĩ phẫu thuật với một thực hành vô giámôi trường, bài báo này thảo luận về sự ra đời của một hệ thống mô phỏng để được sử dụngtrong cả hai chương trình đào tạo bác sĩ phẫu thuật và trong các kết nối chặt chẽ với các hoạt động thực tế.Trong nghiên cứu trước đó [1], một hệ thống chủ nô lệ nguyên mẫu cho các giới thiệu của teleroboticphẫu thuật trong công việc mô tả đã được phát triển. Việc trình bày trong bài báo này mô tảTiện ích mở rộng đó hệ thống trong điều kiện phát triển một hệ thống mô phỏng dựa trênmột đại diện thực tế ảo của hộp sọ của con người từ haptic và trực quanthông tin phản hồi để bác sĩ phẫu thuật được tạo ra. Triển khai trực quan và haptic là haiCác bước để đạt được trên tất cả mục tiêu với các dự án nghiên cứu này, để có được một thích hợpHaptic và ảo thực tế các hệ thống để đào tạo và giáo dục bác sĩ phẫu thuật thực hành xương phay.

Kết quả (Việt) 2:

Y Meets Virtual Reality 13
James D. Westwood et al. (Eds.)
IOS Press, 2005
133
Mô phỏng Haptic của quá trình phay
trong Temporal Bone Operations
Magnus Eriksson, Henrik FLEMMER và Jan WIKANDER
Cơ điện tử Lab, Sở Machine Design,
The Royal Institute of Technology, Stockholm, Thụy Điển
e-mail: magnuse @ md.kth.se
Tóm tắt. Một hệ thống VR-mô phỏng cho giáo dục của bác sĩ phẫu thuật xương thời
quá trình xay xát được trình bày trong bài báo này. Ví dụ như các quá trình xay xát xảy ra
trong việc loại bỏ các khối u ung thư nhất định trong não. Các dự án nghiên cứu được
gần đây đã bắt đầu lên và giấy này là một giới thiệu về quá trình xay xát xương mô phỏng
chủ đề. Chúng tôi trình bày cách dựng hình đồ họa của xương thái dương được thực hiện. Mua lại
dữ liệu được quản lý bằng cách sử dụng các thuật toán khối Marching để thực hiện một hình ảnh
đại diện. Một tái sản xuất của iso-bề mặt sẽ đại diện cho loại bỏ vật liệu
xảy ra trong quá trình xay xát. Mô hình lực lượng được thảo luận và sẽ được thực hiện
trong các API H3D, được sử dụng để kiểm soát các mô phỏng và va chạm ảo
phát hiện. Thiết bị, thực hiện và công việc trong tương lai cũng được thể hiện trong
tờ giấy.
1. Giới thiệu
Để loại bỏ các khối u ung thư ở những vị trí nhất định của một đầu người, các bác sĩ phẫu thuật có không
chỉ để mở ra một cái lỗ trên xương thái dương, một con đường dọc theo bên trong của xương thời
cũng phải được thực hiện. Hôm nay, các nhà máy đường phẫu thuật này rất cẩn thận với một bàn tay nhỏ
tổ chức nhà máy như vậy mà các khối u có thể đạt được mà không ảnh hưởng đến não hơn là cần thiết
và không gây hại cho các bộ phận quan trọng khác của người đứng đầu nằm gần khối u. Thông thường,
con đường này nằm trong một khu vực nơi xương thời là hình học phức tạp
và là tế bào thần kinh xung quanh, mô não và các bộ phận quan trọng của hệ thần kinh. Do đó,
giai đoạn xay xát của một hoạt động của loại hình này là khó khăn, an toàn quan trọng thời gian và rất
tốn. Giảm thời gian hoạt động bởi chỉ một vài phần trăm sẽ trong thời gian dài
lưu xã hội chi phí lớn.
Để giảm thời gian hoạt động và cung cấp cho bác sĩ phẫu thuật với một hành nghề vô giá
môi trường, bài viết này thảo luận về sự ra đời của một hệ thống giả lập để được sử dụng
trong cả hai bác sĩ phẫu thuật chương trình giảng dạy và kết nối chặt chẽ với các hoạt động thực tế.
Trong nghiên cứu trước đây [1], một hệ thống chủ nô lệ mẫu cho giới thiệu của telerobotic
phẫu thuật trong nhiệm vụ mô tả đã được phát triển. Các công việc trình bày trong bài báo này mô tả
một phần mở rộng cho hệ thống mà trong điều kiện phát triển của một hệ thống mô phỏng dựa trên
một đại diện thực tế ảo của hộp sọ của con người mà từ đó cả hai haptic và trực quan
thông tin phản hồi để các bác sĩ phẫu thuật được tạo ra. Việc triển khai thị giác và xúc giác là hai
bước chính để đạt được trên tất cả các mục tiêu với các dự án nghiên cứu này, để có được một hợp
hệ thống thực tế ảo haptic và để đào tạo và giáo dục bác sĩ phẫu thuật thực hành phay xương.