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 Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers P
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v.57
no.4
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pp.388-394
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2008
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.
KIPS Transactions on Software and Data Engineering
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v.12
no.6
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pp.275-284
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2023
Virtual reality simulations are used for education and training in various fields, and are especially widely used in the medical field recently. The education/training simulator consists of tactile/force feedback generation and image/sound output hardware that provides a sense similar to a doctor's treatment of a real patient using real surgical tools, and software that produces realistic images and tactile feedback. Existing simulators are complicated and expensive because they have to use various types of hardware to simulate various surgical instruments used during surgery. In this paper, we propose a dental surgical simulation system using a force feedback device and a morphable haptic controller. Haptic hardware determines whether the surgical tool collides with the surgical site and provides a sense of resistance and vibration. In particular, haptic controllers that can be deformed, such as length changes and bending, can express various senses felt depending on the shape of various surgical tools. When the user manipulates the haptic feedback device, events such as movement of the haptic feedback device or button clicks are delivered to the simulation system, resulting in interaction between dental surgical tools and oral internal models, and thus haptic feedback is delivered to the haptic feedback device. Using these basic techniques, we provide a realistic training experience of impacted wisdom tooth extraction surgery, a representative dental surgery technique, in a virtual environment represented by sophisticated three-dimensional models.
Total hip arthroplasty(THA) considerably depends on high-experienced doctors because of high difficulty of the operation. Selection of acetabular cup's and femoral implant's position is closely related with success or failure of THA. Nevertheless the selection has usually depended on doctor's eye measurement, which makes the position accuracy of artificial joint lower after THA, often resulting in revision of THA. The present study determined a method to select accurately the position of acetabular cup and femoral implant through surgical simulation with 3D characteristic geometrical information of patient's pelvis and femur. We examined the change of femoral anteversion angle and neck-shaft angle accompanied by the change of acetabular cup's position and the insertion position of femoral implant. As result of analyzing geometrical information through different surgical simulations, we found that it was possible to select the accurate position of acetabular cup and femoral implant. It is expected to help doctors get experienced in THA operation through repetitive surgical simulations using the method suggested in the study.
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.
Korean Journal of Computational Design and Engineering
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v.16
no.3
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pp.216-226
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2011
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.
Proceedings of the Korean Society of Broadcast Engineers Conference
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1999.06a
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pp.103.2-110
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1999
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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v.39
no.4
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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
The korean journal of orthodontics
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v.44
no.6
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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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