EP2526539A2 - Simulator und verfahren zur simulation der behandlung eines biologischen gewebes - Google Patents

Simulator und verfahren zur simulation der behandlung eines biologischen gewebes

Info

Publication number
EP2526539A2
EP2526539A2 EP11700844A EP11700844A EP2526539A2 EP 2526539 A2 EP2526539 A2 EP 2526539A2 EP 11700844 A EP11700844 A EP 11700844A EP 11700844 A EP11700844 A EP 11700844A EP 2526539 A2 EP2526539 A2 EP 2526539A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
biological tissue
simulator
laser
tissue
grip
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11700844A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jens HÖHNE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP2526539A2 publication Critical patent/EP2526539A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
    • G09B23/00—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes
    • G09B23/28—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes for medicine
    • G09B23/283—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes for medicine for dentistry or oral hygiene

Definitions

  • the present invention relates to a simulator and a method for simulating a treatment of a biological tissue.
  • the present invention relates in particular to a simulator and a method for simulating a dental treatment.
  • a hand-carried movement of a handle having translational and / or rotational degrees of freedom is mechanically or electro-mechanically converted into a movement of a tool corresponding to that movement.
  • This conversion can z. B. via a suitable (gear or servo) gear, wherein the handle may be formed, for example, as a forceps handle and the tool as a gripper.
  • Such aids are used, for example, in laboratories when handling dangerous goods: the operator carries out, for example, a gripping movement, but the object to be grasped is executed by a gripper which follows the movements of the hand.
  • the virtual image space represented on the computer screen comprises the tool - possibly also the environment in which it is embedded - in spatial relation to the workpiece.
  • the image space is thus a copy of the object space insofar as in particular the tool and the workpiece are in an equivalent spatial relationship to each other and move.
  • the "workpiece" in the above general introduction is human tissue and the simulator is for learning or performing medical procedures.
  • dental medicine for example, in the treatment of a carious tooth, it is possible to practice the handling of a drill or the like as often as and experience the forces occurring, and this without material consumption and thus very cost.
  • real patient data the z. B. obtained by means of computed tomography or magnetic resonance tomography, be used as a basis for tissue simulation.
  • a real grip simulates a laser head for irradiating a laser beam of a laser for non-contact treatment of a biological tissue.
  • the real grip in particular its movements detected by a movement detection device, are displayed on a screen of a computer in spatial relation to the biological tissue, ie in real time.
  • the biological tissue can either only be virtual, ie displayed on the computer or, advantageously, true to scale, as a real model.
  • the focus of a user / operator is entirely on the virtual world displayed on the screen.
  • the first case can advantageously be considered as a second step.
  • the real grip behaves like the pointer of a mouse, except that according to the present invention there is not a 2-dimensional movement into a 2-dimensional motion, but a movement in a real 6-dimensional phase space with the coordinates x, y , z, ⁇ , ⁇ and ⁇ are mapped into a correlating motion in a virtual 6-dimensional phase space with the coordinates x ', y', ⁇ ', ⁇ ', ⁇ 'and ⁇ ': (v x , v y , v z , ⁇ , Oy, CO z ) real ⁇ (Vx'.Vy.
  • angles ⁇ ( ⁇ '), ⁇ ( ⁇ ') and ⁇ ( ⁇ ') are, for example, angles between a longitudinal axis of the grip and the x-axis in the y, z-plane, the y-axis in the ⁇ , Winkel plane or the z-axis in the x, y plane and co x , co y , co z associated angular velocities.
  • the motion may be stretched by a factor, thus rendering the display on the screen larger in order to make the movement clearer or compressed, thus reducing the display on the screen to have a better overview of the surgical field as defined in claim 5.
  • the simulator further comprises an input device for inputting laser parameters of the laser and tissue parameters of the biological tissue
  • the laser parameters include, for example, the emission mode, continuous or pulsed, the wavelength ⁇ or
  • the tissue parameters include, for example, the type of tissue (epithelial tissue, connective or supporting tissue, muscle tissue, nerve tissue, in particular tooth tissue (and here, for example - see claim 1 1 - dental hard tissue or Tooth soft tissue), the reflection and absorption f for the wavelength ⁇ used, the surface moisture or wetting (for example by saliva), the hardness and the thermal conductivity, which is particularly important with regard to a transfer of the introduced energy to deeper tissue layers.
  • the simulation program further calculates, based on the spatial relation and the laser parameters, an incident surface of the laser beam on the biological tissue and an energy density distribution within the incident surface.
  • the incident or irradiation surface becomes larger, the greater the irradiation distance and the angle of incidence of the laser beam, and takes, for B. at a occlusal surface of a molar or premolars a complicated shape.
  • the simulation program displays material removal on the screen based on the energy density distribution and the tissue parameters. The removal of material in the 3D view according to the invention z. B.
  • a discontinuous erosion to be expected in a given treatment situation can be signaled in advance so that, for example, the power is reduced to obtain smaller ablations per unit time
  • a "haptic system” that is to say a system in which the user experiences a mechanical feedback corresponding to the simulated treatment situation, creates the realism and substantially facilitates the controlled handling of the simulated medical instrument, corresponding system without haptic control (US Pat. Laser system) proposed.
  • the missing mechanical feedback becomes According to the invention, to achieve an equivalent learning success, therefore at least partially compensated by elements of an optical-acoustic control.
  • the simulation also takes into account the fact that the laser beam is not visible in the real case, that is, in the simulation case too, only the effect of the laser beam on the biological tissue is shown.
  • the laser beam is emitted only during actuation of a switch.
  • the switch may for example be integrated in the real grip or be designed as a footswitch as defined in claim 14.
  • the real grip can be "discontinued" in a simple manner that does not interfere with the concentration of the user, thus interrupting the treatment for judging the achievement and / or selection of another site of the biological tissue.
  • the simulator sends out during the laser beam, d. H. the switch is pressed, an audible signal through a signal generator. In this way, the user experiences a feedback that helps prevent accidental transmission.
  • the actuation time of the switch and thus the treatment time is detected.
  • the treatment time which is at given parameters of the biological tissue and the laser and their position to each other a measure of the achieved by the irradiation, for example, ablative effect, displayed on the screen.
  • the simulator according to the invention comprises a treatment time setting device, by means of which a treatment time period ⁇ t beginning by a single brief actuation of the switch is set, so that the emission of the laser beam to At is automatically interrupted. A renewed short operation of the switch causes a re-transmission of the laser beam during At.
  • the treatment period may advantageously be taken from treatment-specific tables or based on the experience of the user.
  • the switch comprises both a foot switch and a manual switch integrated in the real grip, which in Series are connected, so that an accidental emission of the laser beam by accidental operation of the manual switch is excluded and can only be done if the footswitch is pressed simultaneously.
  • the spatial relationship between the virtual grip and the biological tissue is detected.
  • the spatial relation includes a spatial distance (a shortest distance) between the grip and the biological tissue and an irradiation distance as the distance between the exit point of the laser beam from the grip and the intersection of the beam axis of the laser beam with the surface of the biological tissue spatial distance and the irradiation distance need not be identical.
  • the spatial distance depends on the shape of the handle and that of the biological tissue.
  • the spatial relationship further includes an angle, for example, between the longitudinal axis of the handle and a characteristic axis of the biological tissue.
  • the characteristic axis is advantageously its tooth axis, ie its longitudinal axis, which, if it is one-root, from the middle of the cutting edge or occlusal surface to the root apex, if it is multi-root, from the middle of the occlusal surface is intended to the middle of the bifurcation or trifurcation.
  • the simulator comprises a view setting means by means of which the view shown on the screen can be switched or continuously rotated, wherein advantageously the longitudinal axis of the handle and the characteristic axis of the biological tissue are shown in different colors.
  • the simulation program displays the laser beam and the impact surface. Since the shape of the impact surface and thus the area of the biological tissue in which the laser beam exerts its effect can not initially be estimated by the user (beginner) at first, the (preferably color) indication of the impact or irradiation The surface of the treatment surface provides the user with an optimal tool to develop a feeling for the radiation distribution and to always hold or position the grip in such a way that only the surface area to be treated is irradiated. As above, but already mentioned, the laser beam and the landing surface are usually not visible in reality; at least not with the naked eye.
  • the laser is a Nd: YAG, Ho: YAG or Er: YAG laser, ie a neodymium, holmium or erbium doped ittrium aluminum garnet laser.
  • the wavelengths of these lasers are 1024 nm, 2127 nm and 2940 nm, respectively.
  • the wavelengths used are not limited to those mentioned. Rather, they are based on the tissue to be treated, or more precisely its spectral absorption, whereby a high degree of absorption means a low depth effect and thus a high volume energy density.
  • the simulator comprises a signaling device for signaling an undesired contact (minimum distance) between the handle and the biological tissue.
  • minimum distance is to be understood as meaning, in particular, the spatial distance whose undershoot is signaled, and if the actual distance is smaller than the minimum distance, there is a risk that the grip touches the biological tissue in situations where the inexperienced user concentrates on the laser beam or its impact surface on the biological tissue and the handle is relatively wide (lateral contact).
  • the movement of the real grip in a region around the biological tissue is blocked, which would mean a difference in the minimum distance between the virtual grip and the biological tissue.
  • this concept can be extended to also that a translational movement of the real grip away from the biological tissue and / or an angular movement of the real grip (depending on its position) is limited, the real grip therefore only within a three-dimensional corridor about that treating biological tissues. This means that, for example, in the case of a dental treatment on the screen not only the tooth to be treated, but also its position in the mouth is shown.
  • the oral cavity allows the freedom of movement of the handle for the treatment of, for example, a tooth or a Other tissues such as gum tissue limits, and the stronger, the deeper the tooth or tissue in the oral cavity is.
  • the treatment of a posterior molar tooth requires greater skill than that of a cutting or canine tooth.
  • the simulator comprises at least a second real grip, which is displayed on the screen in spatial relation to the biological tissue and the real grip, and according to an advantageous embodiment according to claim 18, the simulator comprises at least one more Motion detection device for detecting a head movement of a patient and / or operators and a 3D visualization device comprises.
  • the display on the screen can be such that with the help of 3D glasses, through which the left and right eye different information, ie perspectives perceive, creates a three-dimensional impression. This can be achieved by different colors of the left and right glass of the 3D glasses, z. B. red and green, or by differently polarized light.
  • the simulator includes a 3D glasses that can be switched between the two or more perspectives and a supervisor is intended to monitor the learning process of multiple users and can take its respective perspective by switching.
  • a method for simulating a treatment of a biological tissue with the aid of the simulator comprises the steps of: moving a real grip formed as a laser head in a real six-dimensional phase space, imaging the motion the real grip on a movement of a virtual grip in a virtual six-dimensional phase space, representing the movement of the virtual grip in a spatial relationship to the biological tissue on a screen of the simulator, and irradiating the biological tissue with a laser beam emitted from the laser head.
  • Fig. 1 is a schematic view of a preferred embodiment of the present invention (3D illustration);
  • Fig. 2 is a schematic view of the embodiment of Fig. 1 (2D representation).
  • a simulator 10 As shown in Fig. 1, a simulator 10 according to a preferred embodiment of the present invention comprises a (real) grip 12, which represents a laser head of a laser (not shown), a computer 14, a keyboard 16, a screen 18 and a Speaker 20.
  • the handle 12 is mounted so that it can be displaced by a user of the simulator 10 in an x, y, z object space (the viewing space) as desired; it thus has 3 degrees of freedom ⁇ x, y, z ⁇ of translation and three degrees of freedom ⁇ co x , co y , coz ⁇ of rotation about axes x, y and z, respectively, of the x, y, z object space.
  • the handle 12 and its holder (not shown) is connected via a bidirectional data line 22 with the Computer 14 connected.
  • movement data of the movement of the grip 12 detected by a movement detection device (not shown) integrated in the holder, is sent to the computer 14 via the data line 22.
  • the handle 12 further includes a switch 24 which is connected via a line 26 to the computer 14.
  • a switch 28 is also arranged, which is connected in series with the switch 24. Both switches 24, 28 are normally open, wherein the switch 24 is actuated by finger pressure and the switch 28 with the foot.
  • the screen 18 is connected via a line 30 to the computer 14 and is controlled by this.
  • the screen 18 shows an x ', y', z 'image space in which a virtual grip 32 identical in size and shape to the real grip 12 is shown in spatial relation to a biological tissue 34 to be treated.
  • the computer 14 generates movement data of the virtual grip 32 from the movement data of the real grip 12 so that the virtual grip 32 follows the movement of the real grip 12 in real time.
  • the computer thus generates an image (v x, Vy, V z, cox, Oy, co z) REAI ⁇ (v x ', Vy ", Vz', ⁇ ⁇ ', Oy', co z) virtueii of the real object space in
  • the correlating motion between the real grip 12 and the virtual grip 32 is shown schematically in Fig. 1 such that the grip 12, 14 is moved from an initial position ⁇ to an end position ⁇ , respectively in the object and image spaces are shown.
  • Fig. 1 laser beams in the initial position ⁇ and the end position ⁇ on the screen 18 are shown by arrows 36 and 38, respectively.
  • the intermediate position ⁇ no arrows are shown, which should indicate that the laser beam can be switched on again after treatment of a first surface element dA1 and after transferring the laser head 12, 32 to the position ⁇ for treating a second surface element dA2 .
  • the laser head 12, 32 emits a laser beam only during a treatment time period At, during which both the switch 24 the real grip 12 as well as the switch 28 is actuated.
  • the switch 28 as already mentioned above is used to prevent unwanted emission of the laser beam.
  • an arrow representing a laser beam is displayed on the screen only when both switches 24, 28 are operated simultaneously.
  • the arrows 36, 38 representing the laser beam start at the lower end of the virtual grip 32 (exit point of the laser beam from the laser head) and terminate in the surface elements dA1 and dA2, respectively.
  • a reference position of both the real grip 12 and the virtual grip 32 must be defined.
  • the reference position may be shown as another position on the screen 18.
  • the screen 34 also shows a plurality of windows 40, the representation of z. B. from
  • Laser parameters and tissue parameters are used, which are entered via the keyboard 16 or retrieved from a memory (not shown) of the computer 14.
  • a memory not shown
  • FIG. 1 an SD view indicated by double lines is shown in FIG. 1, for example, and the corresponding notation is in the uppermost of the windows 40, while FIG. 2 shows a 2D view. Accordingly, other views such as the above-described sectional view may be shown.
  • Warning signals indicating a minimum distance between the grip 32 and the biological tissue 34 may also be displayed on the screen and / or be acoustically conveyed through the speaker 20.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Educational Administration (AREA)
  • Educational Technology (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Dental Tools And Instruments Or Auxiliary Dental Instruments (AREA)
  • Laser Surgery Devices (AREA)
  • Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)
  • Processing Or Creating Images (AREA)
  • Radiation-Therapy Devices (AREA)

Abstract

Ein Simulator zur Simulation einer Behandlung eines biologischen Gewebes umfasst ein reales Griffstück mit drei Freiheitsgraden der Translation und drei Freiheitsgraden der Rotation, einen Bildschirm zur Darstellung eines dreidimensionalen Modells eines Behandlungsbereichs mit dem biologischen Gewebe und einem virtuellen Griffstück, eine Bewegungserfassungseinrichtung zur Erfassung der dreidimensionalen Bewegung des realen Griffstücks und einen Computer mit einem Simulationsprogramm, durch das das virtuelle Griffstück auf der Grundlage der durch die Bewegungserfassungseinrichtung erfassten Bewegung des realen Griffstücks auf dem Bildschirm in räumlicher Relation zu dem biologischen Gewebe bewegt wird. Der Simulator ist dadurch gekennzeichnet, dass das reale Griffstück einen Laserkopf zur Ausstrahlung eines Laserstrahls eines Lasers zur berührungslosen Behandlung des biologischen Gewebes simuliert, der Simulator eine Eingabevorrichtung zur Eingabe von Laserparametern des Lasers und Gewebeparametern des biologischen Gewebes umfasst, das Simulationsprogramm auf der Grundlage der räumlichen Relation und der Laserparameter eine Auftreffoberfläche des Laserstrahls auf dem biologischen Gewebe und eine Energiedichteverteilung des Laserstrahls innerhalb der Auftreffoberfläche berechnet, und das Simulationsprogramm auf der Grundlage der Energiedichteverteilung und der Gewebeparameter einen Materialabtrag auf dem Bildschirm anzeigt.

Description

Beschreibung
Simulator und Verfahren zur Simulation der Behandlung
eines biologische Gewebes
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Simulator und ein Verfahren zur Simulation einer Behandlung eines biologischen Gewebes. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere einen Simulator und ein Verfahren zur Simulation einer Dentalbehand- lung.
In vielen Bereichen der Wissenschaft wird eine von Hand ausgeführte Bewegung eines Griffstücks, das translatorische und/oder rotatorische Freiheitsgrade besitzt, mechanisch oder elektro-mechanisch in eine dieser Bewegung entsprechende Bewegung eines Werkzeugs umgewandelt. Diese Umwandlung kann z. B. über ein geeignetes (Übersetzungs- oder Servo-) Getriebe erfolgen, wobei das Griffstück zum Beispiel als Zangengriff und das Werkzeug als Greifer ausgebildet sein kann. Derartige Hilfsmittel kommen beispielsweise in Laboren bei der Handhabung von Gefahrengütern zum Einsatz: Die Bedienungsperson führt zum Beispiel eine Greifbewegung aus, der zu grei- fende Gegenstand wird jedoch von einem Greifer ausgeführt, der den Bewegungen der Hand folgt. Ist der dem„Objektraum", d. h. dem dreidimensionalen Raum, in dem das Griffstück bewegt wird (Anschauungsraum), zugeordnete„Bildraum", d. h. der Raum, in dem sich das Werkzeug (der Greifer) befindet, lediglich virtuell und zum Beispiel auf einem Computerbildschirm dargestellt, wird also eine Bearbeitung nicht in realito ausge- führt, sondern nur simuliert, so ist die entsprechende Vorrichtung ein Simulator im Sinne der vorliegenden Erfindung. Der auf dem Computerbildschirm darstellte virtuelle Bildraum umfasst das Werkzeug - eventuell zudem die Umgebung, in die es eingebettet ist - in räumlicher Beziehung zu dem Werkstück. Der Bildraum ist somit insofern eine Kopie des Objektraumes, als sich darin insbesondere das Werkzeug und das Werkstück in äquivalenter räumlicher Beziehung zueinander befinden und bewegen. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das„Werkstück" in der obigen allgemeinen Einführung menschliches Gewebe und der Simulator dient dem Erlernen oder der Durchführung medizinischer Eingriffe. In der Dentalmedizin, zum Beispiel bei der Behandlung eines kariösen Zahnes, ist es möglich, die Handhabung eines Bohrers oder dergleichen beliebig häufig zu üben und die dabei auftretenden Kräfte zu erfahren, und dies ohne Materialverbrauch und somit sehr kostengünstig. Generell können reale Patientendaten, die z. B. mit Hilfe von Computertomographie oder Magnetresonanztomographie gewonnen wurden, als Grundlage für die Gewebesimulation verwendet werden.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Simulator bereitzustellen, mit dessen Hilfe eine Behandlung eines biologischen Gewebes (im Sinne der obigen all- gemeinen Einleitung das„Werkstück") simuliert werden kann. Es ist ferner Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Simulation einer Behandlung eines biologischen Gewebes bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch die Ansprüche 1 bzw. 19 gelöst.
Gemäß der vorliegenden Erfindung (Anspruch 1 ) simuliert ein reales Griffstück einen Laserkopf zur Ausstrahlung eines Laserstrahls eines Lasers zur berührungslosen Behandlung eines biologischen Gewebes. Das reale Griffstück, insbesondere dessen durch eine Bewegungserfassungseinrichtung erfasste Bewegungen, werden auf einem Bildschirm eines Computers in räumlicher Relation zu dem biologischen Gewebe, d. h. in Echtzeit angezeigt. Hierbei kann das biologische Gewebe entweder nur virtuell, d. h. auf dem Computer angezeigt sein oder auch, vorteilhafterweise maßstabsgetreu, als reales Modell vorliegen. Im ersten Fall ist die Konzentration eines Anwenders / Operateurs ganz auf die auf dem Bildschirm dargestellte virtuelle Welt gerichtet. Im zweiten Fall kann er die ausgeführten Bewegungen sowohl in der realen als auch in der virtuellen Welt beobachten, was beim Erlernen des Umgangs mit dem Simulator hilfreich sein kann, so dass in der Handhabung des Simulators vorteilhafterweise der erste Fall als zweiter Schritt betrachtet werden kann. In beiden Fällen verhält sich das reale Griffstück wie der Zeiger einer Maus, außer dass gemäß der vorliegenden Erfindung nicht eine 2-dimensionale Bewegung in wiederum eine 2-dimensionale Bewegung, sondern eine Bewegung in einem realen 6-dimensionalen Phasenraum mit den Koordinaten x, y, z, α, ß und γ in eine korrelierende Bewegung in einem virtuellen 6-dimensionalen Phasenraum mit den Koordinaten x', y', ζ', α', ß' und γ' abgebildet wird: (vx,vy,vz , Οχ, Oy, COz)real ^ ( Vx'.Vy . z", ωχ', coy', ωζ ) virtueii, wobei die v,, v , cok, ω mit i,j,k,l e {x,y,z} die Geschwindigkeiten im Objektraum, die Geschwindigkeiten im Bildraum, die Winkelgeschwindigkeiten im Objektraum (um die Achsen x, y bzw. z) bzw. die Winkelgeschwindigkeiten im Bildraum (um die Achsen x', y' bzw. z') sind.„Korrelierend" bedeutet hierbei, dass der virtu- eile Raum z. B. als Kavaliersperspektive auf dem Computer dargestellt ist und eine translatorische Bewegung des realen Griffstücks um Δχ (Ay) eine translatorische Bewegung des virtuellen Griffstücks um Δχ' (Ay') mit Ax = Ax' und Ay = Ay' zur Folge hat, wobei die Bildschirmebene durch x ex und y ey mit den Einheitsvektoren ex und ey aufgespannt wird, und eine translatorische Bewegung des realen Griffstücks um Az eine translatorische Bewegung des virtuellen Griffstücks um Az' mit Az'=1/2 Az zur Folge hat. Die Abbildung der jeweiligen Winkel ergibt sich z. B. aus den Koordinaten zweier Punkte des realen Griffstücks und deren virtuelle Bilder. Ferner sind die Winkel α (α'), ß (β') und γ (γ') zum Beispiel Winkel zwischen einer Längsachse des Griffstücks und der x- Achse in der y,z-Ebene, der y-Achse in der χ,ζ-Ebene bzw. der z-Achse in der x,y- Ebene und cox, coy, coz zugehörige Winkelgeschwindigkeiten. Alternativ kann die Bewegung statt„korrelierend" um einen Faktor gestreckt, die Darstellung auf dem Bildschirm somit vergrößert sein, um die Bewegung deutlicher zu machen, oder gestaucht, die Darstellung auf dem Bildschirm somit verkleinert sein, um einen besseren Überblick über das Operationsfeld zu haben, wie es in Anspruch 5 definiert ist. Gemäß der vorlie- genden Erfindung umfasst der Simulator ferner eine Eingabevorrichtung zur Eingabe von Laserparametern des Lasers und Gewebeparametern des biologischen Gewebes. Die Laserparameter umfassen zum Beispiel den Aussendemodus, kontinuierlich oder gepulst, die Wellenlänge λ oder den Wellenlängenbereich Δλ des Laserstrahls, die Leistung und den Öffnungswinkel. Die Gewebeparameter umfassen zum Beispiel die Art des Gewebes (Epithelgewebe, Binde- oder Stützgewebe, Muskelgewebe, Nervengewebe; insbesondere Zahngewebe (und hier z. B. - vgl. Anspruch 1 1 - Zahnhartgewebe oder Zahnweichgewebe), den Reflexions- und Absorptionsgrad für die verwendete Wellenlänge λ, die Oberflächenfeuchtigkeit oder Benetzung (zum Beispiel durch Speichel), die Härte und die Wärmeleitfähigkeit, die insbesondere auch im Hinblick auf eine Über- tragung der eingebrachten Energie auf tieferliegende Gewebeschichten wichtig ist. Die Möglichkeit der Eingabe dieser Parameter ermöglicht eine flexible Anpassung im Hinblick zum Beispiel auf die optimale Behandlungszeitspanne At oder den kürzesten Be- strahlungsabstand. Gemäß der vorliegenden Erfindung berechnet das Simulationsprogramm ferner auf der Grundlage der räumlichen Relation und der Laserparameter eine Auftreffoberfläche des Laserstrahls auf dem biologischen Gewebe und eine Energiedichteverteilung innerhalb der Auftreffoberfläche. Die Auftreff- oder Bestrahlungsober- fläche wird umso größer, je größer der Bestrahlungsabstand und der Einfallswinkel des Laserstrahls ist und nimmt z. B. bei einer Kaufläche eines Molaren oder Prämolaren eine komplizierte Form an. Gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt das Simulationsprogramm auf der Grundlage der Energiedichteverteilung und der Gewebeparameter einen Materialabtrag auf dem Bildschirm an. Der Materialabtrag kann in der 3D-Ansicht erfin- dungsgemäß z. B. so dargestellt sein, dass lediglich die momentan gewonnene Oberflächenstruktur sichtbar ist, oder so, dass die ursprüngliche Gestalt des biologischen Gewebes als transparenter Schatten über der momentan gewonnen Oberflächenstruktur sichtbar bleibt. Der letztgenannte Fall bietet den Vorteil, dass die lokal abgetragene Materialmenge sichtbar ist, woraus sehr gut erkennbar ist, in welcher„Tiefe" im Gewebe man Strahlung appliziert. Für die Darstellung in der Schnittansicht (Anspruch 7) gilt im Wesentlichen Entsprechendes, mit dem Vorteil jedoch, dass die abgetragene Materialmenge nicht transparent dargestellt werden muss, wodurch die Deutlichkeit der Darstellung verbessert ist. Es ist zu beachten, dass sich natürlich die Form eines Korridors (si- he unten die Ausführungen zu Anspruch 16) und die Energiedichteverteilung bei kon- stant gehaltener Position des Griffstücks während der Behandlung aufgrund des kontinuierlich erfolgenden Materialabtrags verändert. Hierdurch kann sich die Energiedichte lokal schnell verändern und ebenso schnell über das zulässige Maximum ansteigen. Dies ist insbesondere bei Behandlungen zu berücksichtigen, in der der Materialabtrag im Wesentlichen diskontinuierlich, in„größeren" Volumeneinheiten, z. B. durch„Ab- springen" von Zahnteilen erfolgt. Vorteilhafterweise kann gemäß der vorliegenden Erfindung eine bei einer gegebenen Behandlungssituation zu erwartende diskontinuierliche Abtragung im Voraus signalisiert werden, so dass z. B. die Leistung reduziert wird, um kleinere Abtragungen pro Zeiteinheit zu erhalten. Erfindungsgemäß wird somit ein einem„haptischen System", das heißt einem System, bei dem der Anwender eine der simulierten Behandlungssituation entsprechende mechanische Rückkopplung erfährt, die Realitätsnähe schafft und ihm die kontrollierte Handhabung des simulierten medizinischen Instruments wesentlich erleichtert, entsprechendes System ohne haptische Kontrolle (Lasersystem) vorgeschlagen. Die fehlende mechanische Rückkopplung wird erfindungsgemäß, um einen gleichwertigen Lernerfolg zu erzielen, daher durch Elemente einer optisch-akustischen Kontrolle zumindest teilweise zu kompensiert. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ferner bei der Simulation dem Umstand Rechnung getragen, dass der Laserstrahl im Realfall nicht sichtbar ist, d. h. auch im Simulationsfall wird lediglich die Wirkung des Laserstrahls auf das biologische Gewebe dargestellt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung nach Anspruch 2 wird der Laserstrahl nur während einer Betätigung eines Schalters ausgesendet. Der Schalter kann zum Beispiel in dem realen Griffstück integriert oder als Fußschalter ausgebildet sein, wie es in Anspruch 14 definiert ist. Dadurch kann in der Sprache zum Beispiel eines herkömmlichen Zahnarztbohrers das reale Griffstück auf einfache, die Konzentration des Anwenders nicht störende Weise„abgesetzt" werden, die Behandlung zur Beurteilung des bisher Erreichten und/oder Auswahl einer weiteren Stelle des biologischen Gewebes somit unterbrochen werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung nach Anspruch 3 sendet der Simulator während der Laserstrahl ausgesendet, d. h. der Schalter betätigt wird, ein akustisches Signal durch einen Signalgeber aus. Auf diese Weise erfährt der Anwender eine Rückkopplung, die ein versehentliches Aussenden zu vermeiden hilft.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung nach Anspruch 4 wird die Betätigungszeit des Schalters und somit die Behandlungszeit erfasst. Vorteilhafterweise wird die Behandlungszeit, die bei gegebenen Parametern des biologischen Gewebes und des Lasers sowie deren Position zueinander ein Maß für die durch die Bestrahlung erzielte, zum Beispiel ablative Wirkung ist, auf dem Bildschirm angezeigt. Vorteilhafterweise um- fasst der erfindungsgemäße Simulator eine Behandlungszeit-Einstelleinrichtung, durch die eine durch einmaliges kurzes Betätigen des Schalters beginnende Behandlungszeitspanne At eingestellt wird, so dass die Aussendung des Laserstrahls nach At automatisch unterbrochen wird. Eine erneute kurze Betätigung des Schalters bewirkt eine erneute Aussendung des Laserstrahls während At. Die Behandlungszeitspanne kann vorteilhafterweise behandlungsspezifischen Tabellen entnommen werden oder auf der Erfahrung des Anwenders gründen. Vorteilhafterweise umfasst der Schalter sowohl einen Fuß- als auch einen in dem realen Griffstück integrierten manuellen Schalter, die in Reihe geschaltet sind, so dass ein ungewolltes Aussenden des Laserstrahls durch versehentliches Betätigen des manuellen Schalters ausgeschlossen ist und nur erfolgen kann, sofern gleichzeitig der Fußschalter betätigt wird. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung nach Anspruch 6 wird die räumliche Relation zwischen dem virtuellen Griffstück und dem biologischen Gewebe erfasst. Die räumliche Relation beinhaltet insbesondere einen räumlichen Abstand (eine kürzeste Entfernung) zwischen dem Griffstück und dem biologischen Gewebe und einen Bestrahlungsabstand als der Abstand zwischen der Austrittsstelle des Laserstrahls aus dem Griffstück und dem Schnittpunkt der Strahlachse des Laserstrahls mit der Oberfläche des biologischen Gewebes, wobei der räumliche Abstand und der Bestrahlungsabstand nicht identisch sein müssen. Insbesondere hängt der räumliche Abstand von der Form des Griffstücks und derjenigen des biologischen Gewebes ab. Die räumliche Relation beinhaltet ferner einen Winkel zum Beispiel zwischen der Längsachse des Griff- Stücks und einer charakteristischen Achse des biologischen Gewebes. Ist das biologische Gewebe zum Beispiel ein Zahn, so ist die charakteristische Achse vorteilhafterweise dessen Zahnachse, also dessen Längsachse, die, sofern er einwurzelig ist, von der Mitte der Schneidekante bzw. Kaufläche zur Wurzelspitze, sofern er mehrwurzelig ist, von der Mitte der Kaufläche zur Mitte der Bifurkation bzw. Trifurkation gedacht ist. Vorteilhafterweise umfasst der Simulator ein Ansichtseinstellmittel, mit dessen Hilfe die auf dem Bildschirm dargestellte Ansicht umgeschaltet oder kontinuierlich gedreht werden kann, wobei vorteilhafterweise die Längsachse des Griffstücks und die charakteristische Achse des biologischen Gewebes in unterschiedlichen Farben dargestellt sind. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung nach Anspruch 8 zeigt das Simulationsprogramm den Laserstrahl und die Auftreffoberfläche an. Da die Form der Auftreffober- fläche und damit der Bereich des biologischen Gewebes, in dem der Laserstrahl seine Wirkung entfaltet, vom Anwender (Anfänger) anfangs in der Regel nicht abgeschätzt werden kann, bietet die - vorzugsweise farbliche - Anzeige der Auftreff- oder Bestrah- lungsoberfläche dem Anwender ein optimales Hilfsmittel, ein Gefühl für die Strahlungsverteilung zu entwickeln und das Griffstück stets so zu halten oder zu positionieren, dass nur der zu behandelnde Oberflächenbereich bestrahlt wird. Wie es oben aber be- reits erwähnt ist, ist sind der Laserstrahl und die Auftreffoberfläche in Realität in der Regel nicht sichtbar; zumindest nicht mit bloßem Auge.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung nach Anspruch 13 ist der Laser ein Nd:YAG-, Ho:YAG- oder Er:YAG-Laser, also ein Neodym, Holmium bzw. Erbium dotierter Ittrium-Aluminium-Granat-Laser. Die Wellenlängen dieser Laser betragen 1024 nm, 2127 nm bzw. 2940 nm. Die verwendeten Wellenlängen sind jedoch erfindungsgemäß nicht auf die genannten begrenzt. Sie richten sich vielmehr nach dem zu behandelnden Gewebe, genauer dessen spektralem Absorptionsgrad, wobei ein hoher Absorptions- grad eine geringe Tiefenwirkung und damit eine hohe Volumenenergiedichte bedeutet.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung nach Anspruch 15 umfasst der Simulator eine Signaleinrichtung zur Signalisierung eines unerwünschten Kontaktes (Mindest- abstandes) zwischen dem Griffstück und dem biologischen Gewebe. Gemäß der vorlie- genden Erfindung ist unter dem„Mindestabstand" insbesondere der räumliche Abstand zu verstehen, dessen Unterschreitung signalisiert wird. Ist der tatsächliche Abstand kleiner als der Mindestabstand, so besteht die Gefahr, dass das Griffstück das biologische Gewebe berührt. Dies kann vor allem in Situationen geschehen, in denen der ungeübte Anwender sich auf den Laserstrahl bzw. dessen Auftreffoberfläche auf dem bio- logischen Gewebe konzentriert und das Griffstück relativ breit ist (seitliche Berührung).
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung nach Anspruch 16 ist erfindungsgemäß die Bewegung des realen Griffstücks in einen Bereich um das biologische Gewebe blockiert, der ein Unterscheiten des Mindestabstandes zwischen dem virtuellen Griffstück und dem biologischen Gewebe bedeuten würde. Vorteilhafterweise kann dieses Konzept dahingehend erweitert werden, dass auch eine Translationsbewegung des realen Griffstücks von dem biologischen Gewebe weg und/oder eine Winkelbewegung des realen Griffstücks (in Abhängigkeit von dessen Position) begrenzt ist, das reale Griffstück folglich nur innerhalb eines dreidimensionalen Korridors um das zu behandelnde biolo- gische Gewebe bewegt werden kann. Das bedeutet, dass zum Beispiel im Falle einer Zahnbehandlung auf dem Bildschirm nicht nur der zu behandelnde Zahn, sondern auch dessen Position im Mundraum dargestellt ist. Dies ist wichtig, da der Mundraum die Bewegungsfreiheit des Griffstücks zur Behandlung zum Beispiel eines Zahnes oder ei- nes anderen Gewebes wie etwa Zahnfleischgewebe einschränkt, und dies umso stärker, je tiefer sich der Zahn oder das Gewebe im Mundraum befindet. So erfordert die Behandlung eines hinteren Backenzahnes eine größere Geschicklichkeit als die eines Schneide- oder Eckzahnes.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung nach Anspruch 17 umfasst der Simulator wenigstens ein zweites reales Griffstück, das auf dem Bildschirm in räumlicher Relation zu dem biologischen Gewebe und dem realen Griffstück dargestellt wird, und gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung nach Anspruch 18 umfasst der Simulator wenigs- tens eine weitere Bewegungserfassungseinrichtung zur Erfassung einer Kopfbewegung eines Patienten und/oder von Operateuren und eine 3D-Visualisierungseinrichtung umfasst. Diese zusätzlichen Merkmale machen die Anwendung des erfindungsgemäßen Simulators immer realistischer; der Anwender kann sie vorteilhafterweise nach beliebiger Übungszeit mit dem Simulator einzeln oder in Kombination hinzuschalten. Die Dar- Stellung des sich bewegenden Kopfes des Patienten auf dem Bildschirm kann in einfachster Weise dadurch geschehen, dass nur das biologische Gewebe schematisch gezeigt ist und typische Bewegungen auf dem Bildschirm ausführt. Um eine höhere Realitätstreue zu erreichen, kann z. B. im Dentalbereich schematisch ein Kopf mit geöffnetem Mund auf dem Bildschirm angezeigt sein. Der Anwender lernt somit, auf durch Schmerz verusachte, reflektorische Bewegungen des Patienten zu reagieren. Die Erfassung der Kopfbewegung der Operateure schließlich dient dazu, den Bildraum aus dem Blickwinkel eines jeweiligen Operateurs (eines oder mehrerer) darzustellen. Vorteilhafterweise kann die Darstellung auf dem Bildschirm derart sein, dass mit Hilfe von 3D-Brillen, durch die das linke und das rechte Auge unterschiedliche Informationen, d. h. Perspektiven wahrnehmen, eine dreidimensionaler Eindruck entsteht. Dies kann durch unterschiedliche Farbgebung des linken bzw. rechten Glases der 3D-Brillen, z. B. rot und grün, oder durch unterschiedlich polarisiertes Licht erfolgen. Vorteilhafterweise können Operateure mit Brillen ausgestattet sein, in denen jeweils ein eigenständiger Bildschirm integriert ist, so dass - insbesondere in einem Fall, in dem mehrere Opera- teure oder Assistent(inn)en an dem Simulator arbeiten, jeder seinen individuellen Blickwinkel hat. Die Operateure befinden sich somit in einer dreidimensionalen„kooperativen virtuellen Realität". Vorteilhafterweise umfasst der Simulator eine 3D-Brille, die zwischen den zwei oder mehreren Perspektiven umschaltbar ist und für einen Supervisor gedacht ist, der den Lernvorgang mehrerer Anwender überwacht und durch Umschalten dessen jeweilige Perspektive einnehmen kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung (Anspruch 19) umfasst ein Verfahren zur Si- mulation einer Behandlung eines biologischen Gewebes mit Hilfe des Simulators nach einem der Ansprüche 1 bis 17 die Schritte: Bewegen eines als Laserkopf ausgebildeten realen Griffstücks in einem reellen sechsdimensionalen Phasenraum, Abbilden der Bewegung des realen Griffstücks auf eine Bewegung eines virtuellen Griffstücks in einem virtuellen sechsdimensionalen Phasenraum, Darstellen der Bewegung des virtuellen Griffstücks in einer räumlichen Beziehung zu dem biologischen Gewebe auf einem Bildschirm des Simulators, und Bestrahlen des biologischen Gewebes mit einem von dem Laserkopf ausgesendeten Laserstrahl.
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung werden ersichtlich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung. In der Zeichnung ist:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (3D-Darstellung); und
Fig. 2 eine schematische Ansicht der Ausführungsform von Fig. 1 (2D- Darstellung).
Wie es in Fig. 1 gezeigt ist, umfasst ein Simulator 10 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein (reales ) Griffstück 12, das einen Laserkopf eines Lasers (nicht gezeigt) repräsentiert, einen Computer 14, eine Tastatur 16 einen Bildschirm 18 und einen Lautsprecher 20.
Das Griffstück 12 ist so gelagert, dass es von einem Anwender des Simulators 10 in einem x,y,z-Objektraum (dem Anschauungsraum) beliebig verlagert werden kann; es besitzt somit 3 Freiheitsgrade {x, y, z} der Translation und drei Freiheitsgrade {cox, coy, coz} der Rotation um Achsen x, y bzw. z des x,y,z-Objektraums. Das Griffstück 12 bzw. dessen Halterung (nicht gezeigt) ist über eine bidirektionale Datenleitung 22 mit dem Computer 14 verbunden. Über die Datenleitung 22 werden zum einen von einer Bewe- gungserfassungseinrichtung (nicht gezeigt), die in der Halterung integriert ist, erfasste Bewegungsdaten der Bewegung des Griffstücks 12 an den Computer 14 gesendet. Zum anderen können von dem Computer 14 Daten an die Halterung gesendet werden, die in vorbestimmten Situationen bestimmte Bewegungen des Griffstücks 12 blockiert. Das heißt, die Halterung erfüllt eine passive Funktion, in der sie Bewegungen des Griffstücks 12 zulässt, und eine aktive Funktion, in der sie bestimmte Bewegungen verhindert. Das Griffstück 12 umfasst ferner einen Schalter 24, der über eine Leitung 26 mit dem Computer 14 verbunden ist. In der Leitung 26 ist zudem ein Schalter 28 angeord- net, der mit dem Schalter 24 in Reihe geschaltet ist. Beide Schalter 24, 28 sind Schließer, wobei der Schalter 24 durch Fingerdruck und der Schalter 28 mit dem Fuß betätigt wird.
Der Bildschirm 18 ist über eine Leitung 30 mit dem Computer 14 verbunden und wird von diesem angesteuert. Der Bildschirm 18 zeigt einen x',y',z'-Bildraum, in dem ein zu dem realen Griffstück 12 in Größe und Form identisches virtuelles Griffstück 32 in räumlicher Relation zu einem zu behandelnden biologischen Gewebe 34 dargestellt ist. Der Computer 14 erzeugt aus den Bewegungsdaten des realen Griffstücks 12 Bewegungsdaten des virtuellen Griffstücks 32, so dass das virtuelle Griffstück 32 in Echtzeit der Bewegung des realen Griffstücks 12 folgt. Der Computer erzeugt somit eine Abbildung (vx,Vy,vz, cox, Oy, coz)reai ^ ( vx',Vy ",Vz ', ωχ', Oy', coz ) virtueii des realen Objektraumes in den virtuellen Bildraum. Die korrelierende Bewegung zwischen dem realen Griffstück 12 und dem virtuellen Griffstück 32 ist in Fig. 1 derart schematisch dargestellt, dass das Griffstück 12, 14 von einer Anfangsposition © zu einer Endposition © bewegt wird, die jeweils im Objekt- und Bildraum gezeigt sind.
In Fig. 1 sind durch Pfeile 36 und 38 Laserstrahlen in der Anfangsposition © bzw. der Endposition © auf dem Bildschirm 18 gezeigt. In der Zwischenposition © sind hingegen keine Pfeile gezeigt, womit angedeutet sein soll, dass der Laserstrahl nach Be- handlung eines ersten Oberflächenelements dA1 aus- und nach Überführen des Laserkopfes 12, 32 in die Position © zur Behandlung eines zweiten Oberflächenelements dA2 wieder eingeschaltet werden kann. Der Laserkopf 12, 32 sendet einen Laserstrahl nur während einer Behandlungszeitspanne At aus, während der sowohl der Schalter 24 des realen Griffstücks 12 als auch der Schalter 28 betätigt wird. Insbesondere dient der Schalter 28 wie es oben bereits erwähnt ist dazu, ein ungewolltes Aussenden des Laserstrahls zu verhindern. Auf dem Bildschirm wird somit ein einen Laserstrahl repräsentierenden Pfeil nur dann angezeigt, wenn beide Schalter 24, 28 gleichzeitig betätigt werden.
Die den Laserstrahl repräsentierenden Pfeile 36, 38 beginnen am unteren Ende des virtuellen Griffstücks 32 (Austrittsstelle des Laserstrahls aus dem Laserkopf) und enden in den Oberflächenelementen dA1 bzw. dA2. Damit der Computer 14 die Positi- on, Länge und Richtung der Pfeile 36, 38 korrekt wiedergeben kann, muss eine Referenzposition sowohl des realen Griffstücks 12 als auch des virtuellen Griffstücks 32 definiert sein. Die Referenzposition kann als weitere Position auf dem Bildschirm 18 dargestellt sein. Der Bildschirm 34 zeigt ferner mehrere Fenster 40, die der Darstellung z. B. von
Laserparametern und Gewebeparametern dienen, die über die Tastatur 16 eingegeben oder aus einem Speicher (nicht dargestellt) des Computers 14 abgerufen werden. Insbesondere ist in Fig. 1 zum Beispiel eine durch doppelte Linienführung angedeutete SD- Ansicht gezeigt, und der entsprechende Hinweise steht im obersten der Fenster 40, während in Fig. 2 eine 2D-Ansicht gezeigt ist. Entsprechend können noch weitere Ansichten wie etwa die oben beschriebene Schnittansicht dargestellt sein. Warnsignale, die ein unterschreiten eines Mindestabstandes zwischen dem Griffstück 32 und dem biologischen Gewebe 34 anzeigen, können ebenfalls auf dem Bildschirm angezeigt und/oder durch den Lautsprecher 20 akustisch vermittelt werden.
Bezugszeichenliste
10 Simulator
12 reales Griffstück
14 Computer
16 Tastatur
18 Bildschirm
20 Lautsprecher
22 Datenleitung
24 Schalter
26 Leitung
28 Schalter
30 Leitung
32 virtuelles Griffstück
34 biologisches Gewebe
36 Laserstrahl
38 Laserstrahl
40 Fenster

Claims

Ansprüche
1 . Simulator zur Simulation einer Behandlung eines biologischen Gewebes, wobei der Simulator umfasst:
- ein reales Griffstück mit drei Freiheitsgraden der Translation und drei Freiheitsgraden der Rotation;
- ein Bildschirm zur Darstellung eines dreidimensionalen Modells eines Behandlungsbereichs mit dem biologischen Gewebe und einem virtuellen Griffstück;
- eine Bewegungserfassungseinrichtung zur Erfassung der dreidimensionalen Bewegung des realen Griffstücks; und
- einen Computer mit einem Simulationsprogramm, durch das das virtuelle Griffstück auf der Grundlage der durch die Bewegungserfassungseinrichtung er- fassten Bewegung des realen Griffstücks auf dem Bildschirm in räumlicher Relation zu dem biologischen Gewebe bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass
- das reale Griffstück einen Laserkopf zur Ausstrahlung eines Laserstrahls eines Lasers zur berührungslosen Behandlung des biologischen Gewebes simuliert;
- der Simulator eine Eingabevorrichtung zur Eingabe von Laserparametern des Lasers und Gewebeparametern des biologischen Gewebes umfasst;
- das Simulationsprogramm auf der Grundlage der räumlichen Relation und der Laserparameter eine Auftreffoberfläche des Laserstrahls auf dem biologischen Gewebe und eine Energiedichteverteilung innerhalb der Auftreffoberfläche berechnet; und
- das Simulationsprogramm auf der Grundlage der Energiedichteverteilung und der Gewebeparameter einen Materialabtrag auf dem Bildschirm anzeigt.
2. Simulator nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Simulator einen Schalter umfasst und den Laserstrahl aussendet, solange der Schalter betätigt wird.
3. Simulator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Signalgeber umfasst, das während der Betätigung des Schalters ein akustisches Signal aussendet.
4. Simulator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Simulator eine Zeiterfassungseinrichtung zur Erfassung der Betätigungszeit des Schalters umfasst.
5. Simulator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Darstellung auf dem Bildschirm im Maßstab verkleinert oder vergrößert dargestellt wird.
6. Simulator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die räumliche Relation zwischen dem virtuellen Griffstück und dem biologischen Gewebe erfasst wird.
7. Simulator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Simulationsprogramm den Materialabtrag in einer Schnittansicht durch das biologische Gewebe auf dem Bildschirm anzeigt.
8. Simulator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Simulationsprogramm den Laserstrahl und die Auftreffoberfläche anzeigt.
9 Simulator nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Laserparameter die Wellenlänge, die Leistung, den Öffnungswinkel des Laserstrahls und /oder die Art des Laserstrahls enthalten.
10. Simulator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewebeparameter die Materialzusammensetzung, die Härte, die Farbe, den spektralen Reflexionsgrad und/oder die Oberflächenrauhigkeit enthalten.
1 1 . Simulator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewebe Zahnhartgewebe oder Zahnweichgewebe ist.
12. Simulator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewebe Zahnfleischgewebe ist.
13. Simulator nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser ein Nd:YAG-, ein Ho:YAG- oder ein Er:YAG-Laser ist.
14. Simulator nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter in dem Griffstück integriert oder ein Fußschalter ist.
15. Simulator nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Signaleinrichtung zur Signalisierung eines ungewünschten Kontakts zwischen dem Griffstück und dem Gewebe umfasst.
16. Simulator nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Blockierungseinrichtung umfasst, die eine Bewegung des realen Griffstücks in eine Richtung blockiert, in der das virtuelle Griffstück einen Mindestabstand zu dem biologischen Gewebe unterschreitet.
17. Simulator nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass er wenigstens ein weiteres reales Griffstück umfasst, das auf dem Bildschirm in räumlicher Relation zu dem biologischen Gewebe und dem realen Griffstück dargestellt wird.
18. Simulator nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass er wenigstens eine weitere Bewegungserfassungseinrichtung zur Erfassung einer Kopfbewegung eines Patienten und/oder von Operateuren und eine SD-Visualisierungseinrichtung umfasst.
19. Verfahren zur Simulation einer Behandlung eines biologischen Gewebes mit Hilfe des Simulators nach einem der Ansprüche 1 bis 18, mit den Schritten: - Bewegen eines als Laserkopf ausgebildeten realen Griffstücks in einem reellen sechsdimensionalen Phasenraum;
- Abbilden der Bewegung des realen Griffstücks auf eine Bewegung eines virtuellen Griffstücks in einem virtuellen sechsdimensionalen Phasenraum;
- Darstellen der Bewegung des virtuellen Griffstücks in einer räumlichen Beziehung zu dem biologischen Gewebe auf einem Bildschirm des Simulators; und
- Bestrahlen des biologischen Gewebes mit einem von dem Laserkopf ausgesendeten Laserstrahl.
EP11700844A 2010-01-21 2011-01-19 Simulator und verfahren zur simulation der behandlung eines biologischen gewebes Withdrawn EP2526539A2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010001084A DE102010001084A1 (de) 2010-01-21 2010-01-21 Simulator und Verfahren zur Simulation der Behandlung eines biologischen Gewebes
PCT/EP2011/050709 WO2011089164A2 (de) 2010-01-21 2011-01-19 Simulator und verfahren zur simulation der behandlung eines biologischen gewebes

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2526539A2 true EP2526539A2 (de) 2012-11-28

Family

ID=44169258

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP11700844A Withdrawn EP2526539A2 (de) 2010-01-21 2011-01-19 Simulator und verfahren zur simulation der behandlung eines biologischen gewebes

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20130177887A1 (de)
EP (1) EP2526539A2 (de)
JP (1) JP2013517815A (de)
DE (1) DE102010001084A1 (de)
WO (1) WO2011089164A2 (de)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104174116B (zh) * 2014-08-11 2016-09-14 山东新华医疗器械股份有限公司 放射治疗模拟机手控器及控制方法
GB2590650A (en) * 2019-12-23 2021-07-07 Nokia Technologies Oy The merging of spatial audio parameters

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5403191A (en) * 1991-10-21 1995-04-04 Tuason; Leo B. Laparoscopic surgery simulator and method of use
US5625576A (en) * 1993-10-01 1997-04-29 Massachusetts Institute Of Technology Force reflecting haptic interface
US5620326A (en) * 1995-06-09 1997-04-15 Simulab Corporation Anatomical simulator for videoendoscopic surgical training
US5846080A (en) * 1995-12-20 1998-12-08 W&H Dentalwerk Gmbh Laser dental devices and methods
US5688118A (en) * 1995-12-27 1997-11-18 Denx Ltd. Image sound and feeling simulation system for dentistry
WO1998015234A1 (en) * 1996-10-08 1998-04-16 Mushabac David R Method for facilitating dental diagnosis and treatment
IL123073A0 (en) * 1998-01-26 1998-09-24 Simbionix Ltd Endoscopic tutorial system
US6113395A (en) * 1998-08-18 2000-09-05 Hon; David C. Selectable instruments with homing devices for haptic virtual reality medical simulation
DE60115626D1 (de) * 2000-04-12 2006-01-12 Simbionix Ltd Endoskopisches lernsystem für urologie
US6939138B2 (en) * 2000-04-12 2005-09-06 Simbionix Ltd. Endoscopic tutorial system for urology
FR2808366B1 (fr) * 2000-04-26 2003-12-19 Univ Paris Vii Denis Diderot Procede et systeme d'apprentissage en realite virtuelle, et application en odontologie
US7249952B2 (en) * 2000-10-03 2007-07-31 President And Fellows Of Harvard College Methods and apparatus for simulating dental procedures and for training dental students
WO2003017670A1 (en) * 2001-08-15 2003-02-27 Reliant Technologies, Inc. Method and apparatus for thermal ablation of biological tissue
WO2003021553A1 (de) * 2001-09-03 2003-03-13 Xitact S.A. Vorrichtung zur simulation eines stabförmigen chirurgischen instrumentes zur erzeugung eines rückkopplungssignal
DE10217630A1 (de) * 2002-04-19 2003-11-13 Robert Riener Verfahren und Vorrichtung zum Erlernen und Trainieren zahnärztlicher Behandlungsmethoden
US7966269B2 (en) * 2005-10-20 2011-06-21 Bauer James D Intelligent human-machine interface
US8165658B2 (en) * 2008-09-26 2012-04-24 Medtronic, Inc. Method and apparatus for positioning a guide relative to a base
US8932063B2 (en) * 2011-04-15 2015-01-13 Ams Research Corporation BPH laser ablation simulation

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2011089164A2 *

Also Published As

Publication number Publication date
US20130177887A1 (en) 2013-07-11
WO2011089164A2 (de) 2011-07-28
WO2011089164A3 (de) 2012-03-15
JP2013517815A (ja) 2013-05-20
DE102010001084A1 (de) 2011-07-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0975257B1 (de) Endoskopisches system
DE102011078212B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Darstellen eines Objektes
DE69738073T2 (de) System für das training von personen zum durchführen von minimal invasiven chirurgischen prozeduren
DE69919157T2 (de) Interaktives und rechnerunterstüztes chirurgisches system
EP1259185B1 (de) Verfahren zum navigieren im körperinneren anhand dreidimensional visualisierter strukturen
EP2289061B1 (de) Ophthalmoskop-simulator
DE69501472T2 (de) Vorrichtung und verfahren zur simulation einer untersuchung oder eines chirurgischen eingriffs an simulierten organen
WO1994019758A1 (de) Verfahren zur planung und kontrolle eines chirurgischen eingriffs
DE4212809A1 (de) Therapieeinrichtung zur Behandlung eines Lebewesens mit fokussierten akustischen Wellen
DE69532536T2 (de) Vorrichtung mit mechanischem eingang/ausgang für rechnersysteme mit einer schnittstelle für flexible langgestreckte gegenstände
EP1897061B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur 3d-navigation auf schichtbildern
WO2007062619A1 (de) Simulationssystem für chirurgische eingriffe in der human- und veterinärmedizin
DE102018124065A1 (de) Verfahren zum Erzeugen einer Referenzinformation eines Auges, insbesondere einer optisch angezeigten Referenzrhexis, sowie ophthalmochirurgische Vorrichtung
EP1998305A2 (de) Verfahren zur Simulation der Haptik einer Interaktion eines geführten Gegenstandes mit einem virtuellen dreidimensionalen Objekt
EP1112030B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur visualisierung der ausrichtung von therapeutischen schallwellen auf einen zu behandelnden bereich
WO2011089164A2 (de) Simulator und verfahren zur simulation der behandlung eines biologischen gewebes
DE102015119887B4 (de) Behandlungsvorrichtung für eine subretinale Injektion und Verfahren zur Unterstützung bei einer subretinalen Injektion
WO2019215061A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur bildgebung bei der implantation von retinaimplantaten
WO2014128301A1 (de) Optisch erfasste ultraschallnavigierte punktion
DE102014219477A1 (de) Chirurgierobotersystem
DE102006030343B4 (de) Vorrichtung zur Implantation einer Prothese in einen Knochen
DE10335369B4 (de) Verfahren zum Bereitstellen einer berührungslosen Gerätefunktionssteuerung und Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens
DE102008049695A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Röntgenbildaufnahmesystems sowie Röntgenbildaufnahmesystem
DE102006031356B4 (de) Vorrichtung zum lokalen Abtrag von menschlichem oder tierischem Knochenmaterial
DE3908928C2 (de)

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20120808

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
17Q First examination report despatched

Effective date: 20150928

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20160209