JP2005189297A - Feather touch dentistry treatment training system entailing visualization of tactile force - Google Patents

Feather touch dentistry treatment training system entailing visualization of tactile force Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a feather touch dentistry treatment training system entailing visualization of tactile force enabling a trainee to judge whether a tooth is properly cut or not in the training of dental treatment. <P>SOLUTION: The system is provided with a computer system 5 capable of displaying a mouth and medical treatment equipment prepared in a virtual space and an operation means 8 for operating the medical treatment equipment, and is so constituted that the feather touch training can be conducted. The system is further provided with: a force information acquisition means 9 for acquiring the force information of feather touch by the operation of the operation means 8; a storage means 4 for storing the acquired force information of a skilled person; and a zone determination means Zo for determining, based on the stored force information of the skilled person, a safety zone indicating a zone whereon the force information concentrates. The computer system 5, based on the force information of an operator T, displays the process of treatment with the medical treatment equipment and also makes the form of visualization of the force information different according to whether the force information is within the safety zone or not. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、操作者が操作手段を操作することによって仮想の治療機器で仮想の歯を治療する訓練を行えるように構成した力触覚の可視化を伴うフェザータッチ歯科治療訓練システムに関する。   The present invention relates to a feather touch dental treatment training system with force-tactile visualization configured such that an operator can perform training to treat a virtual tooth with a virtual treatment device by operating an operation means.

歯を治療するにあたっては、治療技術向上や熟練度向上のために訓練を欠かすことができない。従来では訓練者同士や患者の歯を治療する実習に先立って、マネキンや歯列模型を用いた実習が行われていた(例えば非特許文献1,2を参照)。
伊藤裕著「クラウン・ブリッジによる咬合回復」愛知学院大学歯学部歯科補綴学第三講座教本、1997年、p.45−52 川崎弘二,上村参生,神原正樹,岡本吉宏,井上宏著「歯の切削コンピュータ・シミュレーション・システム(DentSim)の応用とその考え方」日歯教誌、2000年、p.52−59
In treating teeth, training is indispensable to improve treatment techniques and skill levels. Conventionally, practice using a mannequin or a dentition model has been performed prior to practice of treating teeth of trainees and patients (see, for example, Non-Patent Documents 1 and 2).
Ito Hiroshi “Occlusal Restoration by Crown Bridge”, Aichi Gakuin University School of Dentistry Dental Prosthesis 3rd Lecture, 1997, p. 45-52 Koji Kawasaki, Sansei Uemura, Masaki Kanbara, Yoshihiro Okamoto, Hiroshi Inoue, “Application and Concept of Tooth Cutting Computer Simulation System (DentSim)”, Japanese Journal of Dentistry, 2000, p. 52-59

しかし、マネキンを用いた実習では、当該マネキンには動く舌が無いだけでなく、歯以外の口内部位(歯肉,頬粘膜,舌等)に治療機器が当たった場合でも反応が無い。そのため、実際に患者の歯を治療する場合には、思わぬ舌の動き等による危険性を習得できず、治療技術向上や熟練度向上の妨げになっていた。
また、歯列模型を用いた実習では、歯列模型の歯は実際の歯と異なる材質で形成するため、切削する際の感触が異なり、歯の切削が適正に行われたか否かを判断できない。そのため、実際に患者の歯を治療した場合には必要以上に歯を削ることもあった。また、一回しか切削することができず、訓練を繰り返し行うことができなかった。
However, in practice using a mannequin, the mannequin not only does not have a moving tongue, but also does not respond even when a treatment device hits the intraoral site (gingiva, buccal mucosa, tongue, etc.) other than the teeth. Therefore, when actually treating the patient's teeth, it is difficult to learn the dangers due to unexpected movement of the tongue, which hinders the improvement of the treatment technique and the skill level.
Also, in the practice using the dentition model, the teeth of the dentition model are formed of a material different from that of the actual teeth, so the feel when cutting is different, and it cannot be determined whether or not the teeth have been cut properly. . Therefore, when the patient's teeth were actually treated, the teeth were sometimes cut more than necessary. Moreover, it was able to cut only once, and the training could not be repeated.

本発明はこのような点に鑑みてなしたものであり、次の目的のうちで少なくとも一つの目的を達成可能な力触覚の可視化を伴うフェザータッチ歯科治療訓練システムを提供する。すなわち第1の目的は、思わぬ動きによる危険性を習得できるようにすることである。第2の目的は、歯の切削が適正に行われたか否かを判断できるようにすることである。   The present invention has been made in view of these points, and provides a feather touch dental treatment training system with force-tactile visualization that can achieve at least one of the following objects. In other words, the first purpose is to make it possible to learn the danger of unexpected movement. The second purpose is to make it possible to determine whether or not the tooth has been properly cut.

(1)課題を解決するための手段(以下では単に「解決手段」と呼ぶ。)1は、図1に模式的に示すように、仮想空間に作製した口腔および治療機器を表示可能なコンピュータ装置5と、前記治療機器を操作する操作手段8とを備え、前記操作手段8を操作することにより前記治療機器で前記口腔内の歯を治療するフェザータッチ訓練を行えるように構成した力触覚の可視化を伴うフェザータッチ歯科治療訓練システムであって、
前記操作手段8の操作によるフェザータッチの力情報を取得する力情報取得手段9と、前記力情報取得手段9によって取得した熟練者(熟練した術者を意味する。以下同じ。)の力情報を記憶する記憶手段4と、前記記憶手段4に記憶した熟練者の力情報に基づいて当該力情報が集中する範囲を表すセーフティーゾーンを決定するゾーン決定手段Zoとを備え、
前記コンピュータ装置5は、操作者Tが前記操作手段8を操作したときに前記力情報取得手段9によって取得した力情報に基づいて、前記治療機器で治療する過程を表示するとともに、当該取得した力情報が前記セーフティーゾーンに入っているか否かに応じて前記力情報の可視化形態を異ならせたことを要旨とする。
(1) Means for solving a problem (hereinafter simply referred to as “solution means”) 1 is a computer device capable of displaying an oral cavity and a treatment device produced in a virtual space, as schematically shown in FIG. 5 and an operation means 8 for operating the treatment device, and visualizing a force-tactile sensation configured to perform feather touch training for treating the teeth in the oral cavity with the treatment device by operating the operation means 8 A feather touch dental care training system with
Force information acquisition means 9 for acquiring force information of feather touch by the operation of the operation means 8 and force information of an expert (meaning a skilled operator) acquired by the force information acquisition means 9 are the same. Storage means 4 for storing, and zone determination means Zo for determining a safety zone representing a range in which the force information is concentrated based on the force information of the skilled person stored in the storage means 4,
The computer device 5 displays a process of treating with the treatment device based on the force information acquired by the force information acquisition unit 9 when the operator T operates the operation unit 8, and the acquired force The gist is that the visualization form of the force information is made different depending on whether the information is in the safety zone.

解決手段1によれば、コンピュータ装置5は口腔および治療機器を仮想空間に作製するので、操作者T(すなわち訓練者や熟練者)が見ることができる口腔や治療機器は仮想のものである。治療機器は歯科治療に用いる機器であって、例えばハンドピース,デンタルミラー,バキューム等が該当する。   According to the solution 1, since the computer device 5 creates the oral cavity and the treatment device in the virtual space, the oral cavity and the treatment device that can be viewed by the operator T (that is, a trainee or an expert) are virtual. The treatment device is a device used for dental treatment, for example, a handpiece, a dental mirror, a vacuum, or the like.

まずは熟練者(歯科医)としての操作者Tが治療機器に見立てた操作手段8を操作し、口腔内の歯を治療するフェザータッチを行う。図1の例で示す操作手段8は、右手用の右操作部8aと、左手用の左操作部8bとからなる。操作したときのフェザータッチの力情報は力情報取得手段9が取得し、当該取得した熟練者の力情報を記憶手段4に記憶する。図1の例で示す力情報取得手段9は、右操作部8aに備えた右検出部9aと、左操作部8bに備えた左検出部9bとからなる。記憶手段4に記憶された熟練者の力情報は、力情報が集中する範囲をセーフティーゾーンとしてゾーン決定手段Zoが決定する。その決定方法は任意であるが、例えばグラフ等に表した力情報の回数が集中する範囲を目視して決定してもよく、力情報が正規分布に従う場合には平均値±σ,平均値±2σ,平均値±3σ(σは標準偏差を意味する。)などで示す範囲に決定してもよい。   First, an operator T as an expert (dentist) operates the operation means 8 that is regarded as a treatment device, and performs feather touch for treating teeth in the oral cavity. The operation means 8 shown in the example of FIG. 1 includes a right operation unit 8a for the right hand and a left operation unit 8b for the left hand. The force information acquisition unit 9 acquires the force information of the feather touch when operated, and stores the acquired expert force information in the storage unit 4. The force information acquisition means 9 shown in the example of FIG. 1 includes a right detection unit 9a provided in the right operation unit 8a and a left detection unit 9b provided in the left operation unit 8b. The skilled person's force information stored in the storage means 4 is determined by the zone determining means Zo with the range where the force information is concentrated as a safety zone. The determination method is arbitrary, but it may be determined by visually observing a range where the number of times of force information shown in a graph or the like is concentrated. When the force information follows a normal distribution, the average value ± σ and the average value ± You may determine in the range shown by 2 (sigma), average value +/- 3 (sigma) ((sigma) means a standard deviation.).

上述のように決定したセーフティーゾーンを基にして、訓練者としての操作者Tが操作手段8を操作して口腔内の歯を治療するフェザータッチ訓練を行う。この訓練の際にコンピュータ装置5は、治療機器で歯を治療する過程をバーチャルリアリティ技術に基づいて表示器2に表示するとともに、操作手段8に加えた力の大きさ(すなわち力情報取得手段9で取得した力情報)がセーフティーゾーンに入っているか否かに応じて力情報の可視化形態を異ならせる。色彩によって可視化形態を異ならせる例としては、訓練者の力情報がセーフティーゾーンに入っていれば緑色で表示し、入っていなければ他の色(赤色や青色等)で表示する。他の可視化形態としては、ベクトル(単なる線分を含む)の長さの長短,数値情報の表示,図形の表示などが該当する。力情報の内容を認識した訓練者(操作者T)は、どの程度の力を入れて治療機器を扱っているのかを一目で簡単に把握できる。よって、歯の切削が適正に行われたか否かを判断できるようになる。また、上述した治療訓練は何度も繰り返し行えるので、治療技術向上や熟練度向上を図ることができる。   Based on the safety zone determined as described above, an operator T as a trainer performs a feather touch training in which the operating means 8 is operated to treat teeth in the oral cavity. During this training, the computer device 5 displays the process of treating the teeth with the treatment device on the display 2 based on the virtual reality technology, and the magnitude of the force applied to the operation means 8 (that is, force information acquisition means 9). Depending on whether or not the force information obtained in (1) is in the safety zone, the visualization form of the force information is varied. As an example of changing the visualization form depending on the color, if the trainee's power information is in the safety zone, it is displayed in green, and if not, it is displayed in another color (red, blue, etc.). Other visualization forms include the length of a vector (including a simple line segment), numerical information display, graphic display, and the like. The trainer (operator T) who has recognized the content of the force information can easily grasp at a glance how much force is applied to handle the treatment device. Therefore, it can be determined whether or not the teeth have been properly cut. Further, since the above-described treatment training can be repeated many times, it is possible to improve the treatment technique and the skill level.

また図1に示すように、訓練者として操作者Tによるフェザータッチの力情報(例えば力Fb)を表示するだけでなく、熟練者として操作者Tが操作したフェザータッチの力情報(例えば力Fa)をも表示する。よって、訓練者として操作者Tは自己の操作によるフェザータッチの力情報だけでなく熟練者が操作するフェザータッチの力情報も同時に認識できるので、力の強弱を対比できるのでより分かり易くなり、切削を行う力が適切か否かをリアルタイムで判断できるようになる。   Also, as shown in FIG. 1, not only the force information (for example, force Fb) of the feather touch by the operator T as a trainee is displayed, but also the force information (for example, the force Fa) of the feather touch operated by the operator T as an expert. ) Is also displayed. Therefore, since the operator T as a trainee can simultaneously recognize not only the force information of the feather touch by his own operation but also the force information of the feather touch operated by the expert, it is easier to understand because the strength of the force can be compared. It is possible to determine in real time whether or not the power to perform is appropriate.

(2)解決手段2は、解決手段1に記載した力触覚の可視化を伴うフェザータッチ歯科治療訓練システムであって、コンピュータ装置5は力情報の可視化をベクトルで表示する場合、前記力情報の大きさに応じてベクトルの形態を変化させることことを要旨とする。 (2) The solution means 2 is a feather touch dental treatment training system with visualization of a force / tactile sensation described in the solution means 1, and the computer device 5 displays the magnitude of the force information when the force information visualization is displayed as a vector. The gist is to change the form of the vector accordingly.

解決手段2によれば、コンピュータ装置5は、力情報の内容(力の大きさ、力の方向等)に応じてベクトルの形態を変化させる。当該ベクトルの形態は操作者Tが変化を認識可能であればよく、例えば長さ,太さ,色彩等が該当する。例えば操作する力が大きくなれば、ベクトルを長くしたり、太くしたり、青色から赤色に次第に変化させる等を行う。逆に操作する力が小さくなれば、ベクトルを短くしたり、細くしたり、赤色から青色に次第に変化させる等を行う。操作する力の方向が変化する場合も同様である。ベクトルの形態が変化したのを認識した操作者Tは、切削を行う際に加える力の向きや大きさ等が適切か否かをリアルタイムで判断できるようになる。   According to the solving means 2, the computer apparatus 5 changes the form of the vector according to the content of the force information (magnitude of force, direction of force, etc.). The vector may be in any form as long as the operator T can recognize the change. For example, the length, thickness, color, and the like are applicable. For example, if the operating force increases, the vector is lengthened or thickened, or gradually changed from blue to red. Conversely, if the operating force is reduced, the vector is shortened, made thinner, or gradually changed from red to blue. The same applies when the direction of the operating force changes. The operator T who recognizes that the vector form has changed can determine in real time whether or not the direction and magnitude of the force applied when cutting is appropriate.

(3)解決手段3は、解決手段1または2に記載した力触覚の可視化を伴うフェザータッチ歯科治療訓練システムであって、操作者Tの頭部の姿勢を検出する姿勢検出手段1を備え、コンピュータ装置5は前記姿勢検出手段1によって検出した姿勢に基づいて前記操作者Tから見える口腔および治療機器を表示することを要旨とする。 (3) The solving means 3 is a feather touch dental treatment training system with visualization of a force-tactile sensation described in the solving means 1 or 2, and includes a posture detecting means 1 for detecting the posture of the head of the operator T. The gist of the computer device 5 is to display the oral cavity and the treatment device visible to the operator T based on the posture detected by the posture detecting means 1.

操作者Tの頭部の姿勢が変化すると、口腔や治療機器を見る角度も変化するので、見た目が変わる。解決手段3によれば、姿勢検出手段1が操作者Tの頭部の姿勢を検出する。図1に示す例では、磁気を発生させる磁気発生器3aと、所定位置に設置した磁気センサ3bと、操作者Tの頭部に取り付けた磁気センサ3cとを有する磁気センサ装置3を用いる。すなわち磁気発生器3aが発生させた磁界中に磁気センサ3b,3cを置くと電流が流れるので、当該電流の強さから姿勢検出手段1は操作者Tの頭部の姿勢(位置,回転等)を求める。コンピュータ装置5は、姿勢検出手段1が検出した姿勢に基づいて操作者Tから見える口腔および治療機器を表示する。したがって、実際の患者を治療すると同様な見え方で治療訓練を行える。なお、本例では磁気センサ装置3によって操作者Tの頭部の姿勢を検出したが、他の装置(例えば赤外線やレーザー光等を用いる光センサ装置など)によって操作者Tの頭部の姿勢を検出する構成としてもよい。   When the posture of the operator T's head changes, the angle at which the oral cavity and the treatment device are viewed also changes, so the appearance changes. According to the solving means 3, the posture detecting means 1 detects the posture of the head of the operator T. In the example shown in FIG. 1, a magnetic sensor device 3 having a magnetic generator 3a for generating magnetism, a magnetic sensor 3b installed at a predetermined position, and a magnetic sensor 3c attached to the head of the operator T is used. That is, since current flows when the magnetic sensors 3b and 3c are placed in the magnetic field generated by the magnetic generator 3a, the posture detection means 1 determines the posture (position, rotation, etc.) of the head of the operator T from the intensity of the current. Ask for. The computer device 5 displays the oral cavity and treatment equipment that can be seen by the operator T based on the posture detected by the posture detection means 1. Therefore, treatment training can be performed in the same way as when treating an actual patient. In this example, the posture of the head of the operator T is detected by the magnetic sensor device 3, but the posture of the head of the operator T is detected by another device (for example, an optical sensor device using infrared light, laser light, or the like). It is good also as a structure to detect.

(4)解決手段4は、解決手段1から3のいずれか一項に記載した力触覚の可視化を伴うフェザータッチ歯科治療訓練システムであって、コンピュータ装置5は、口腔内における歯以外の部位と治療機器との接触を検出する接触検出手段6と、当該接触検出手段6によって接触を検出したときには報知を行う報知手段7とを有することを要旨とする。 (4) The solution means 4 is a feather touch dental treatment training system with force-tactile visualization described in any one of the solution means 1 to 3, wherein the computer device 5 includes a portion other than a tooth in the oral cavity. The gist of the invention is to have a contact detection means 6 for detecting contact with the treatment device and a notification means 7 for notifying when contact is detected by the contact detection means 6.

解決手段4によれば、接触検出手段6が歯以外の部位と治療機器との接触を検出すると、報知手段7が当該接触を報知する。接触の検出は、例えば治療機器の先端位置が多角形ポリゴンの一面を突き抜けたか否かで判別する。また報知は、例えば音(例えば音声,効果音等)を出したり、図形,画像,文字等を表示したりする。報知を認識した操作者Tは、操作中(すなわち治療訓練中)に治療機器が歯以外の部位に接触したという治療ミスが発生したことが分かる。どのような操作をしたら治療ミスが発生するのかが分かるので、治療時の危険性を習得できる。したがって、操作者Tは危険回避を意識しながら治療訓練を行うことになるので、治療技術向上や熟練度向上につながる。   According to the solution means 4, when the contact detection means 6 detects contact between a part other than the tooth and the treatment device, the notification means 7 notifies the contact. The detection of the contact is determined by, for example, whether or not the tip position of the treatment device has penetrated one surface of the polygon polygon. In addition, for example, a sound (for example, a sound, a sound effect, etc.) is output, and a figure, an image, a character, etc. are displayed. The operator T who has recognized the notification knows that a treatment error has occurred that the treatment device has touched a part other than the tooth during the operation (that is, during the treatment training). Knowing what kind of operation will cause treatment mistakes, you can learn the risks during treatment. Therefore, the operator T performs treatment training while being aware of danger avoidance, which leads to improvement in treatment technology and skill level.

(5)解決手段5は、解決手段4に記載した力触覚の可視化を伴うフェザータッチ歯科治療訓練システムであって、コンピュータ装置5は、仮想空間に血を作製し、接触検出手段6によって接触を検出した口腔内の部位に前記血を出現させる表示を行うことを要旨とする。 (5) The solution means 5 is a feather touch dental treatment training system with visualization of force and tactile sensation described in the solution means 4, wherein the computer device 5 creates blood in a virtual space and makes contact by the contact detection means 6. The gist is to display the blood to appear at the detected site in the oral cavity.

解決手段5によれば、コンピュータ装置5には口腔や治療機器と同様にして血も仮想空間に作製するので、操作者Tが見ることができる血も仮想のものである。操作者Tが操作手段8の操作中に治療機器が歯以外の部位に接触したとき、コンピュータ装置5は当該接触部位に血を出現させる表示を行う。血の表示を認識した操作者Tは、実際の治療と同様の臨場感で治療ミスの発生を知り得るので、治療時の危険性を現実的に習得できる。   According to the solution 5, blood is produced in the virtual space in the computer device 5 in the same manner as the oral cavity and the treatment device, so that the blood that can be seen by the operator T is also virtual. When the operator T touches a part other than the tooth while the operator T is operating the operation means 8, the computer device 5 performs a display for causing blood to appear at the contact part. The operator T who has recognized the display of blood can know the occurrence of a treatment error with a sense of reality similar to that of the actual treatment, so that the danger at the time of treatment can be learned practically.

(6)解決手段6は、解決手段1から5のいずれか一項に記載した力触覚の可視化を伴うフェザータッチ歯科治療訓練システムであって、コンピュータ装置5は、口腔内の舌をランダムに動かして表示することを要旨とする。 (6) The solution means 6 is a feather touch dental treatment training system with force-tactile visualization described in any one of the solution means 1 to 5, wherein the computer device 5 moves the tongue in the oral cavity at random. To display.

実際の患者は突発的に舌を動かすことがあり、これがもとで治療機器が舌に接触する治療ミスが発生する場合もある。解決手段6によれば、コンピュータ装置5は仮想空間に口腔の一部として舌を作製する。そして、当該舌をランダムに動かすことにより、現実的な動きを再現する。操作者Tは実際に現れるような舌の動きに対応して歯の治療を行わなければならないので、実際の患者を治療するに近い環境で治療訓練を行うことができる。   An actual patient may suddenly move the tongue, which may result in a treatment error where the treatment device touches the tongue. According to the solution 6, the computer device 5 creates a tongue as a part of the oral cavity in the virtual space. And realistic movement is reproduced by moving the said tongue at random. Since the operator T has to treat the teeth in response to the tongue movement as it actually appears, the treatment can be performed in an environment close to treating an actual patient.

(7)解決手段7は、解決手段1から6のいずれか一項に記載した力触覚の可視化を伴うフェザータッチ歯科治療訓練システムであって、コンピュータ装置5は、口腔の一部については対応する画像をテキスチャマッピング(Texture mapping)によって表示することを要旨とする。 (7) The solution means 7 is a feather touch dental treatment training system with force-tactile visualization described in any one of the solution means 1 to 6, and the computer device 5 corresponds to a part of the oral cavity. The gist is to display an image by texture mapping.

解決手段7によれば、口腔の一部について、テキスチャマッピングによって実際に撮像した口腔の画像を表示する。この表示によって仮想患者の口腔は現実感を出すことができ、かつモデルが簡易化されるので処理負担を減らすことができる。したがって、仮想の口腔にかかる臨場感を増すとともに、処理すべきデータ量を軽減できる。   According to the solution 7, the image of the oral cavity actually captured by texture mapping is displayed for a part of the oral cavity. By this display, the oral cavity of the virtual patient can give a sense of reality, and the model can be simplified, so that the processing burden can be reduced. Therefore, the presence of the virtual oral cavity can be increased and the amount of data to be processed can be reduced.

(8)解決手段8は、解決手段1から7のいずれか一項に記載した力触覚の可視化を伴うフェザータッチ歯科治療訓練システムであって、コンピュータ装置5は、治療機器としてデンタルミラーを表示する場合、操作者Tがデンタルミラーを見る視線ベクトルと鏡面の法線ベクトルとに基づいて鏡に映る方向ベクトルを求め、当該方向ベクトルの方向に見える映像を反転させて表示することを要旨とする。 (8) The solving means 8 is a feather touch dental treatment training system with force-tactile visualization described in any one of the solving means 1 to 7, and the computer device 5 displays a dental mirror as a treatment device. In this case, the gist is that the operator T obtains a direction vector reflected in the mirror based on the line-of-sight vector looking at the dental mirror and the normal vector of the mirror surface, and reverses and displays the image seen in the direction of the direction vector.

歯(特に歯の裏側)を治療するにあたってはデンタルミラーが欠かせない。解決手段8によれば、仮想の治療機器としてデンタルミラーを用いた場合には、当該デンタルミラーに映る画像を表示する。したがって、実際にデンタルミラーを見て歯を治療するに近い環境で治療訓練を行える。   A dental mirror is indispensable for treating teeth (especially the back of teeth). According to the solution 8, when a dental mirror is used as a virtual treatment device, an image reflected on the dental mirror is displayed. Therefore, treatment training can be performed in an environment close to actually treating teeth by looking at a dental mirror.

(9)解決手段9は、解決手段1から8のいずれか一項に記載した力触覚の可視化を伴うフェザータッチ歯科治療訓練システムであって、操作手段8は、治療機器が口腔内の歯に接触したときに受ける反力を操作者Tに伝達する構成としたことを要旨とする。 (9) The solution means 9 is a feather touch dental treatment training system with force-tactile visualization described in any one of the solution means 1 to 8, wherein the operation means 8 is a treatment device applied to a tooth in the oral cavity. The gist is that the reaction force received upon contact is transmitted to the operator T.

歯にはある程度の硬度があるので、実際の治療を行う際に治療機器(例えばハンドピース)が歯に接触すると反力を受ける。当該反力を受けた場合には、歯を削る際に加える力を弱めなければ削り過ぎる可能性が高まる。解決手段9によれば、反力を操作者Tに伝達するように操作手段8を構成する。よって、操作者Tは操作手段8から反力を受けた場合に力を弱めなければ歯を削り過ぎることを訓練で習得できる。したがって、実際に歯を治療するに近い環境で治療訓練を行うことができる。   Since teeth have a certain degree of hardness, when a treatment device (for example, a handpiece) comes into contact with the teeth during actual treatment, it receives a reaction force. If the reaction force is received, the possibility of overcutting increases unless the force applied when cutting the teeth is weakened. According to the solution means 9, the operation means 8 is configured to transmit the reaction force to the operator T. Therefore, when the operator T receives a reaction force from the operation means 8, the operator T can learn by training that the tooth is excessively sharpened unless the force is weakened. Therefore, treatment training can be performed in an environment close to actually treating teeth.

本発明によれば、思わぬ動きによる危険性を習得できるようになる。また、歯の切削が適正に行われたか否かを判断できるようになる。   According to the present invention, it becomes possible to learn the danger due to unexpected movement. Further, it is possible to determine whether or not the teeth have been properly cut.

次に、本発明を実施するための最良の形態について、実施例に従って説明する。   Next, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to examples.

本実施例は、図2〜図11を参照しながら説明する。図2には、本発明にかかる力情報の可視化を伴うフェザータッチ歯科治療訓練システムの構成例を斜視図で示す。図3〜図6には、治療訓練処理の手続きをフローチャートで表す。当該図3〜図6の間は、結合子J2,J4,J6,J8,J10で処理が継続する。図7〜図11には、表示器に表示される一例を示す。なお、図3のステップS20および図4のステップS30はそれぞれ接触検出手段6に相当し、図4のステップS32は報知手段7に相当し、図4のステップS38はゾーン決定手段Zoに相当する。   The present embodiment will be described with reference to FIGS. In FIG. 2, the structural example of the feather touch dental treatment training system with visualization of the force information concerning this invention is shown with a perspective view. 3 to 6 are flowcharts showing the procedure of the treatment training process. Between FIG. 3 and FIG. 6, the processing continues with connectors J2, J4, J6, J8, and J10. 7 to 11 show an example displayed on the display. Note that step S20 in FIG. 3 and step S30 in FIG. 4 correspond to the contact detection means 6, respectively, step S32 in FIG. 4 corresponds to the notification means 7, and step S38 in FIG. 4 corresponds to the zone determination means Zo.

図2に示す力触覚の可視化を伴うフェザータッチ歯科治療訓練システムは、メモリ34を内蔵するコンピュータ本体20や、力覚センサ26を有する操作装置24(左手用)、力覚センサ32を有する操作装置30(右手用)、立体視用頭部搭載型のディスプレイ12(いわゆるヘッドアップディスプレイ)、磁気発生源16、三次元磁気センサ10,18、測定装置14等を備える。なお、コンピュータ本体20およびディスプレイ12はコンピュータ装置5に相当し、メモリ34は記憶手段4に相当し、操作装置24,30はそれぞれが操作手段8に相当し、磁気発生源16および三次元磁気センサ10,18は磁気センサ装置3に相当し、測定装置14は姿勢検出手段1に相当する。   The feather touch dental treatment training system with visualization of force / tactile sense shown in FIG. 2 includes a computer main body 20 having a memory 34, an operation device 24 (for the left hand) having a force sensor 26, and an operation device having a force sensor 32. 30 (for the right hand), a stereoscopic head-mounted display 12 (so-called head-up display), a magnetic source 16, three-dimensional magnetic sensors 10, 18, a measuring device 14, and the like. The computer main body 20 and the display 12 correspond to the computer device 5, the memory 34 corresponds to the storage means 4, the operation devices 24 and 30 correspond to the operation means 8, respectively, and the magnetic source 16 and the three-dimensional magnetic sensor. Reference numerals 10 and 18 correspond to the magnetic sensor device 3, and the measuring device 14 corresponds to the posture detection means 1.

メモリ34には、仮想空間に作製する光源,視点,顔面,口腔(歯を含む),治療機器,血等に関する形状データや、テキスチャマッピングによって表示する画像データ、訓練者や熟練者等の操作により力覚センサ26,32が検出したフェザータッチの力情報、当該力情報と反力との関係を規定する関係情報等を記憶(記録)する。メモリ34はこれらのデータを記録して読み込み可能な記録媒体であって、例えばROM,RAM,ハードディスク,光磁気ディスク等を用いる。   In the memory 34, the shape data relating to the light source, viewpoint, face, oral cavity (including teeth), treatment device, blood, etc. to be created in the virtual space, image data displayed by texture mapping, operation by a trainee or expert, etc. It stores (records) feather touch force information detected by the force sensors 26, 32, relationship information that defines the relationship between the force information and reaction force, and the like. The memory 34 is a recording medium that can record and read these data, and uses, for example, a ROM, a RAM, a hard disk, a magneto-optical disk, or the like.

左操作部8bに相当する操作装置24には操作レバー22と力覚センサ26を備え、右操作部8aに相当する操作装置30には操作レバー28と力覚センサ32を備える。これらの操作レバー22,28は治療機器に見立てたものであり、仮想空間上ではハンドピース,デンタルミラー,バキューム等に対応する。操作装置24は、操作者Tが操作したときの操作レバー22の位置や姿勢に関する情報(すなわち機器情報)をコンピュータ本体20に出力するとともに、当該操作時に加えられる力を力覚センサ26が検出して力情報としてコンピュータ本体20に出力する。操作装置30も操作装置24と同様の機能を有し、機器情報や力情報をコンピュータ本体20に出力する。   The operation device 24 corresponding to the left operation unit 8b includes an operation lever 22 and a force sensor 26, and the operation device 30 corresponding to the right operation unit 8a includes an operation lever 28 and a force sensor 32. These operation levers 22 and 28 are regarded as treatment devices, and correspond to handpieces, dental mirrors, vacuums and the like in the virtual space. The operation device 24 outputs information (that is, device information) related to the position and orientation of the operation lever 22 when the operator T is operated to the computer main body 20, and the force sensor 26 detects the force applied during the operation. And output to the computer main body 20 as force information. The operation device 30 also has the same function as the operation device 24 and outputs device information and force information to the computer main body 20.

コンピュータ本体20は、操作者Tが操作レバー22,28を操作することにより治療機器で口腔内の歯を治療するフェザータッチ訓練を行えるように構成する。具体的には、操作者Tが操作する操作レバー22,28にかかる情報(機器情報や力情報等)に基づいて、仮想空間に作製した口腔や治療機器等を用いて歯を治療する過程をディスプレイ12に表示するとともに、検出した力情報の内容をディスプレイ12に表示する。   The computer main body 20 is configured so that the operator T can perform feather touch training for treating teeth in the oral cavity with a treatment device by operating the operation levers 22 and 28. Specifically, the process of treating teeth using the oral cavity or treatment device created in the virtual space based on information (device information, force information, etc.) on the operation levers 22 and 28 operated by the operator T. While displaying on the display 12, the content of the detected force information is displayed on the display 12.

磁気発生器3aに相当する磁気発生源16と、磁気センサ3b,3cに相当する三次元磁気センサ10,18とは、いずれもX軸,Y軸,Z軸方向に互いに直交させた三つのコイルによって構成する。磁気発生源16は、コイルに電流を流すことによって磁気(磁界)を発生させる。こうして発生させた磁気の中に三次元磁気センサ10,18を置くと電流が流れ、当該電流の強さは磁気発生源16からの距離と角度によって決定される。測定装置14は、磁気発生源16および三次元磁気センサ10,18に流れる各電流値から3×3の9通りのデータを基にして連立方程式を解くことにより、三次元磁気センサ10(すなわち操作者Tの頭部)にかかる三次元位置座標およびオイラー角(roll,pitch,yaw)を求める。こうして操作者Tの頭部の姿勢(すなわち三次元座標位置や回転角,仰角等)が分かるので、測定装置14は姿勢情報としてコンピュータ本体20に出力する。   The magnetic generation source 16 corresponding to the magnetic generator 3a and the three-dimensional magnetic sensors 10 and 18 corresponding to the magnetic sensors 3b and 3c all have three coils orthogonal to each other in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions. Consists of. The magnetism generation source 16 generates magnetism (magnetic field) by passing an electric current through the coil. When the three-dimensional magnetic sensors 10 and 18 are placed in the magnetism thus generated, a current flows, and the intensity of the current is determined by the distance and angle from the magnetic source 16. The measuring device 14 solves the simultaneous equations from the current values flowing through the magnetic source 16 and the three-dimensional magnetic sensors 10 and 18 based on nine 3 × 3 data, thereby obtaining the three-dimensional magnetic sensor 10 (that is, the operation). 3D position coordinates and Euler angles (roll, pitch, yaw) are calculated. Thus, since the posture of the operator T's head (that is, the three-dimensional coordinate position, rotation angle, elevation angle, etc.) is known, the measuring device 14 outputs the posture information to the computer main body 20.

上述のように構成した力触覚の可視化を伴うフェザータッチ歯科治療訓練システムにおいて、本発明を実現するための治療訓練処理について図3を参照しながら説明する。図3において、始めにメモリ34に記憶させた光源,視点,顔面,口腔,治療機器等に関するデータに基づき、「メタファ(Metaphor;比喩の意)」として仮想空間に顔面,口腔,治療機器,血,操作者Tの手等を作製する〔ステップS10〕。作製時期は問わないが、少なくとも治療訓練を開始する前には作製を終えておく必要がある。また、仮想空間に作製する顔面,口腔,治療機器等は、所定のポリゴン数からなるポリゴンで実現する。例えば、口腔に含まれる舌のポリゴン数は16であり、歯切削用のダイヤモンドバーを含めたハンドピースのポリゴン数は216である。口腔内の前歯と奥歯では形状が異な等のように、歯は一本ごとに作製する必要があるので、一般的にポリゴン数が異なる。   A treatment training process for realizing the present invention in the feather touch dental treatment training system with visualization of force / tactile sensation configured as described above will be described with reference to FIG. In FIG. 3, based on the data on the light source, viewpoint, face, oral cavity, treatment device, etc. stored in the memory 34 in the beginning, the face, oral cavity, treatment device, blood in the virtual space as “Metaphor”. The hand of the operator T is prepared [Step S10]. The production time does not matter, but it is necessary to finish the production at least before starting treatment training. In addition, the face, oral cavity, treatment device, etc. to be created in the virtual space are realized by polygons having a predetermined number of polygons. For example, the number of polygons of the tongue included in the oral cavity is 16, and the number of polygons of the handpiece including the diamond bar for tooth cutting is 216. Since the teeth need to be produced one by one, such as the shape of the front and back teeth in the oral cavity are different, the number of polygons is generally different.

データ取得中には、必要に応じて取得環境(後述する訓練環境と同様である)を設定または変更する〔ステップS12〕。例えば治療機器については、デンタルミラーを選んで設定したり、当初はデンタルミラーであったものをハンドピースに替えて設定するなどが該当する。同様に、顔面が見えるのか、口腔を含めた口とその周囲のみが見えるのか等のように仮想患者の見え方について設定または変更する。
また、実際の患者と同様の動きを再現するため、仮想患者の舌をランダムに動かす〔ステップS14〕。さらに、測定装置14から出力された姿勢情報を取得してメモリ34に記憶する〔ステップS16〕。そして、操作装置24,30から出力された機器情報やフェザータッチの力情報を取得してメモリ34に記憶する〔ステップS18〕。
During data acquisition, an acquisition environment (similar to a training environment described later) is set or changed as necessary [step S12]. For example, for a treatment device, a dental mirror may be selected and set, or a dental mirror that was originally a dental mirror may be set as a handpiece. Similarly, the appearance of the virtual patient is set or changed, such as whether the face can be seen or only the mouth including the oral cavity and its surroundings can be seen.
Further, in order to reproduce the same movement as that of the actual patient, the virtual patient's tongue is moved randomly [step S14]. Further, the posture information output from the measuring device 14 is acquired and stored in the memory 34 [step S16]. The device information and feather touch force information output from the operation devices 24 and 30 are acquired and stored in the memory 34 [step S18].

ステップS16,S18でメモリ34に記憶した情報(姿勢情報,機器情報,力情報等)に基づいて、治療機器が歯に接触したと判定したときは(ステップS20でYES)、ステップS18で取得した力情報から関係情報に従って反力を求め、操作装置24,30を通じて操作者Tの手に当該反力を与える〔ステップS22〕。例えば治療機器がハンドピースであり、かつ当該ハンドピースに装着されたダイヤモンドバーやタービン等が歯に当たった場合が該当する。
なお、ハンドピース以外の治療機器(例えばデンタルミラーやバキューム等)を用いて治療訓練を行う場合についても反力を与えてもよい。また、歯以外の口腔内部位(例えば硬口蓋や歯茎等)に接触した場合についても反力を与えてもよい。
Based on the information (posture information, device information, force information, etc.) stored in the memory 34 in steps S16 and S18, when it is determined that the treatment device has touched the tooth (YES in step S20), the information is acquired in step S18. A reaction force is obtained from the force information according to the relationship information, and the reaction force is applied to the hand of the operator T through the operation devices 24 and 30 [step S22]. For example, this corresponds to a case where the treatment device is a hand piece and a diamond bar, a turbine, or the like attached to the hand piece hits a tooth.
Note that a reaction force may also be applied to a case where treatment training is performed using a treatment device other than the handpiece (for example, a dental mirror or a vacuum). Moreover, you may give reaction force also about the case where it contacts the intraoral site | parts (for example, hard palate, gums, etc.) other than a tooth | gear.

治療機器としてデンタルミラーを使用するときは(ステップS24でYES)、当該デンタルミラーの鏡に表示する反射映像を作製する〔ステップS26〕。一般に治療機器としてのデンタルミラーは、歯を削るときに舌や頬粘膜を排除する役目とともに、正面から見えない裏側の状態を映し出す。実際の患者に対してもデンタルミラーを見ながら歯を治療することが多いので、仮想患者に対する治療訓練を行う場合でもデンタルミラーを見ながら歯を治療する必要がある。そこでステップS26では、操作者Tがデンタルミラーを見る視線ベクトルと鏡面の法線ベクトルとに基づいて鏡に映る方向ベクトルを求め、当該方向ベクトルの方向に見える映像を反転させて作製する。視線ベクトルはステップS16で取得した姿勢情報によって計算することができ、鏡面の法線ベクトルはデンタルミラーにかかる情報(位置や姿勢等)によって知ることができる。   When a dental mirror is used as a treatment device (YES in step S24), a reflection image to be displayed on the mirror of the dental mirror is created [step S26]. In general, a dental mirror as a treatment device displays the state of the back side that cannot be seen from the front, with the role of eliminating the tongue and cheek mucosa when shaving teeth. Since teeth are often treated while looking at a dental mirror even for an actual patient, it is necessary to treat teeth while looking at a dental mirror even when performing treatment training for a virtual patient. Accordingly, in step S26, a direction vector reflected in the mirror is obtained based on the line-of-sight vector when the operator T looks at the dental mirror and the normal vector of the mirror surface, and the video that appears in the direction of the direction vector is reversed and created. The line-of-sight vector can be calculated from the posture information acquired in step S16, and the normal vector of the mirror surface can be known from information (position, posture, etc.) on the dental mirror.

図4に移って、上述したステップS12〜S26までを実行した結果における仮想患者の現況、すなわち現在の状態をディスプレイ12に表示する〔ステップS28〕。具体的には、(a)仮想空間に作製した顔面,口腔,治療機器等や、(b)テキスチャマッピングによる口腔内の一部にかかる画像、(c)熟練者の力情報の内容、(d)治療機器としてデンタルミラーを使用したときに鏡に映される映像であってステップS26で作製した反射映像などのように訓練に必要とされる情報が該当する。   4, the current state of the virtual patient, that is, the current state as a result of executing the above-described steps S12 to S26, is displayed on the display 12 [step S28]. Specifically, (a) a face, oral cavity, treatment device, etc. created in a virtual space, (b) an image of a part of the oral cavity by texture mapping, (c) content of force information of an expert, (d This corresponds to information required for training such as an image reflected in a mirror when a dental mirror is used as a treatment device, such as a reflection image created in step S26.

事項(a)で示す顔面,口腔,治療機器等の表示内容は、図3のステップS12で設定した内容や、図3のステップS16で取得した姿勢情報、図3のステップS18で取得した機器情報および力情報などに従って変化してゆく。例えば姿勢情報によれば、操作者Tの頭部が仮想患者に近付けば当該仮想患者の顔面や口腔等が大きくなるように表示し、逆に操作者Tの頭部が仮想患者から遠ざかれば当該仮想患者の顔面や口腔等が小さくなるように表示する。同様にして例えば機器情報によれば、操作者Tが操作レバー22,28を動かす度合いに応じて仮想空間上の治療機器を動かす。   The display contents of the face, oral cavity, treatment device, etc. shown in item (a) are the contents set in step S12 in FIG. 3, the posture information acquired in step S16 in FIG. 3, and the device information acquired in step S18 in FIG. And change according to force information. For example, according to the posture information, if the head of the operator T approaches the virtual patient, the virtual patient's face, oral cavity, and the like are displayed to be larger, and conversely, if the operator T's head moves away from the virtual patient. The virtual patient's face, oral cavity, and the like are displayed so as to be small. Similarly, according to the device information, for example, the treatment device in the virtual space is moved according to the degree to which the operator T moves the operation levers 22 and 28.

事項(c)で示す熟練者の力情報の内容は、図3のステップS18でメモリ34に記憶した力情報の内容であって、熟練者としての操作者Tが操作装置24,30(具体的には操作レバー22,28)に加えた力に対して、反対方向の力にかかるベクトル形式で表示する。こうして表示するベクトルは、力情報の大きさに応じて長さ,太さ,色彩等を変化させるのが望ましい。例えば力情報の大きさが大きくなれば、ベクトルを長くしたり、太くしたり、青色から赤色に次第に変化させる。逆に力情報の大きさが小さくなれば、ベクトルを短くしたり、細くしたり、赤色から青色に次第に変化させる。   The content of the skill information of the expert shown in the item (c) is the content of the force information stored in the memory 34 in step S18 of FIG. 3, and the operator T as an expert can operate the operation devices 24, 30 (specifically Is displayed in a vector format applied to the force in the opposite direction to the force applied to the operation levers 22, 28). It is desirable to change the length, thickness, color, etc. of the vector displayed in this way according to the magnitude of the force information. For example, when the magnitude of the force information is increased, the vector is lengthened, thickened, or gradually changed from blue to red. Conversely, when the magnitude of the force information is reduced, the vector is shortened, made thinner, or gradually changed from red to blue.

また、図3のステップS16,S18でメモリ34に記憶した情報(姿勢情報,機器情報,力情報等)に基づいて、治療機器が歯以外の口腔内部位に接触したと判定したときは(ステップS30でYES)、当該接触部位に血を表示したり、音(例えば効果音や音声等)を響かせて操作者Tに報知する〔ステップS32〕。
実際には口腔内部位に接触して血が出現する治療機器は限られ、例えばダイヤモンドバーやタービン等を有するハンドピースなどが該当する。またステップS30で行う接触したか否か判定は、仮想空間上に作製した治療機器とは別個に一枚の無色の三角ポリゴンを作製しておき、当該三角ポリゴンを治療機器の先端の動きに追従させ、当該三角ポリゴンが舌のポリゴンに接触したか否かで行う。ポリゴンの中でも最も単純な三角ポリゴンを用いて接触判定を行うことにより、計算量を大幅に減らすことができる。仮想の血(ポリゴン)は図3のステップS10で予め作製しておいて仮想空間の遠方に配置してあるので、ステップS32では当該血を単に接触部位に移動させるだけでよい。したがって、ディスプレイ12への表示に際してリアルタイム性を損なわない。
Further, when it is determined that the treatment device has contacted the intraoral site other than the tooth based on the information (posture information, device information, force information, etc.) stored in the memory 34 in steps S16 and S18 in FIG. YES in S30), blood is displayed on the contact site, or a sound (for example, a sound effect or voice) is heard to notify the operator T [Step S32].
Actually, there are a limited number of treatment devices in which blood comes into contact with the intraoral site, such as a handpiece having a diamond bar or a turbine. In step S30, whether or not the contact is made is determined by preparing a single colorless triangular polygon separately from the treatment device created in the virtual space and following the movement of the tip of the treatment device. And whether or not the triangular polygon is in contact with the polygon of the tongue. By performing contact determination using the simplest triangular polygon among polygons, the amount of calculation can be greatly reduced. Since the virtual blood (polygon) is prepared in advance in step S10 of FIG. 3 and arranged far from the virtual space, in step S32, the blood may be simply moved to the contact site. Therefore, the real-time property is not impaired when displaying on the display 12.

上述した処理は力情報にかかるデータ取得を終えるまで繰り返す〔ステップS34〕。図3に示す実線の例では、データ取得中に取得環境の設定や変更を可能とするべくステップS12から繰り返すように戻している。これに対して、データ取得中に取得環境の設定や変更を不可能とするには、二点鎖線で示すようにステップS14から繰り返すように戻せばよい。   The above-described processing is repeated until the data acquisition relating to the force information is completed [step S34]. In the example of the solid line shown in FIG. 3, the process is returned from step S <b> 12 so that the acquisition environment can be set or changed during data acquisition. On the other hand, in order to make it impossible to set or change the acquisition environment during data acquisition, it is only necessary to return from step S14 as indicated by a two-dot chain line.

データ取得を終えるときには(ステップS34でYES)、図3のステップS18でメモリ34に記憶した熟練者の力情報を視認可能にするべく当該力情報をディスプレイ12(または他の表示器)に表示したり印刷する〔ステップS36〕。力情報の表現形式は問わないが、操作レバー22,28に加えた力や当該加えた力の方向が分かるように表現するのが望ましい。例えば、グラフで表現する形式などが該当する。   When the data acquisition is completed (YES in step S34), the force information stored in the memory 34 in step S18 in FIG. 3 is displayed on the display 12 (or other display) so that the force information can be visually recognized. Or printing [step S36]. The expression format of the force information is not limited, but it is desirable to express the force information applied to the operation levers 22 and 28 and the direction of the applied force. For example, a format represented by a graph is applicable.

そして、視認可能になった(あるいはメモリ34に記憶された)熟練者の力情報に基づいて、当該力情報(力の大きさや方向)が集中する範囲を表すセーフティーゾーンを決定する(ステップS38)。セーフティーゾーン(上限値や下限値等)の決定方法は任意であるが、例えばグラフ等に表した力情報の回数が集中する範囲を目視して決定してもよく、力情報が正規分布に従う場合には平均値±σ,平均値±2σ,平均値±3σ(σは標準偏差を意味する。)などで示す範囲に決定したり、力情報が正規分布に従わない場合には力情報が所定回数(例えば5回や10回等)以上になる範囲に決定してもよい。このように力情報の回数が集中する範囲についてセーフティーゾーンとして決定するのは、当該範囲より小さい力では歯を削る力も不十分となり、当該範囲より大きい力では歯を削り過ぎることになるためである。   Then, based on the force information of the skilled person who can be visually recognized (or stored in the memory 34), a safety zone representing a range in which the force information (the magnitude and direction of the force) is concentrated is determined (step S38). . The method of determining the safety zone (upper limit value, lower limit value, etc.) is arbitrary, but for example, the range where the number of times force information represented in a graph or the like is concentrated may be determined by visual observation, and the force information follows a normal distribution Is determined to be a range indicated by an average value ± σ, an average value ± 2σ, an average value ± 3σ (σ means a standard deviation), or the force information is predetermined when the force information does not follow a normal distribution. You may determine in the range used more than the frequency | count (for example, 5 times, 10 times etc.). The reason why the range where the number of times of force information is concentrated is determined as the safety zone because the force for shaving the tooth is insufficient when the force is smaller than the range, and the tooth is excessively shaved when the force is larger than the range. .

以上の説明では熟練者についてフェザータッチの力情報を取得する過程を示したが、以下の説明では訓練者(特に初心者)についてフェザータッチの力情報を取得して表示することによりフェザータッチ訓練を行う過程を示す。
なお、訓練者が訓練するにあたっては、熟練者についてフェザータッチの力情報を取得する環境と同等の環境で行うのが望ましい。以下に説明する相違点を除けば、図5のステップS40から図6のステップS62までの処理内容は、図3のステップS12から図4のステップS34までの処理内容とほぼ同じである。よって図5,図6では、同等の処理内容の場合には、対応する処理内容のステップ番号を括弧内に表している。
In the above description, the process of acquiring feather touch force information for an expert has been shown. In the following description, feather touch training is performed by acquiring and displaying feather touch force information for a trainer (particularly a beginner). Show the process.
In addition, when a trainee trains, it is desirable to perform it in an environment equivalent to an environment for acquiring force information of feather touch for an expert. Except for differences described below, the processing contents from step S40 in FIG. 5 to step S62 in FIG. 6 are substantially the same as the processing contents from step S12 in FIG. 3 to step S34 in FIG. Therefore, in FIG. 5 and FIG. 6, in the case of the same processing content, the step number of the corresponding processing content is shown in parentheses.

図5,図6に示す処理内容が図3,図4と異なるのは、次に示す各相違点である。
(相違点α)
対象者が訓練者になる点である。そのため、取得環境と訓練環境とは同じ環境にするのが望ましい。その意味では図3のステップS12で設定された内容をメモリ34に記憶しておき、当該設定内容を図5のステップS40で再現(再設定)するのが望ましい。このように自動的に訓練環境(特に治療機器)が再設定されると、訓練者は歯を治療するにあたってどのタイミングでどの治療機器を選択したらよいのかも学習することができる。
The processing contents shown in FIGS. 5 and 6 are different from those shown in FIGS. 3 and 4 in the following differences.
(Difference α)
The point is that the subject becomes a trainee. Therefore, it is desirable that the acquisition environment and the training environment be the same environment. In that sense, it is desirable to store the contents set in step S12 in FIG. 3 in the memory 34 and reproduce (reset) the set contents in step S40 in FIG. When the training environment (especially the treatment device) is automatically reset in this way, the trainee can also learn which treatment device should be selected at what timing when treating the teeth.

(相違点β)
図5のステップS46では、訓練者としての操作者Tが操作装置24,30を操作することにより出力された機器情報やフェザータッチの力情報を取得する。当該取得した訓練者の力情報は、熟練者の力情報に代えてメモリ34に記憶してもよく、熟練者の力情報を残した上でメモリ34に記憶してもよい。後者の場合では、メモリ34には熟練者および訓練者の双方にかかる力情報が記憶される。
(Difference β)
In step S46 of FIG. 5, device information and feather touch force information output when the operator T as a trainee operates the operation devices 24 and 30 are acquired. The acquired trainer power information may be stored in the memory 34 instead of the skill information of the skilled worker, or may be stored in the memory 34 after leaving the skill information of the skilled worker. In the latter case, the memory 34 stores force information concerning both the skilled person and the trainee.

(相違点γ)
上記相違点βの記憶に関連する。もし熟練者の力情報に代えてメモリ34に記憶した場合には、図5のステップS56では訓練者の力情報がセーフティーゾーンに入っているか否かでベクトルの形態を異ならせる。たとえば訓練者の力情報(力の大きさ)がセーフティーゾーンの下限値よりも小さければベクトルを青色で表示し、同じくセーフティーゾーンの範囲内であればベクトルを緑色で表示し、同じくセーフティーゾーンの上限値よりも小さければベクトルを赤色で表示する。こうすればベクトルの色彩を認識した訓練者(操作者T)は加える力が大きいか、適切か、小さいかが一目で分かる。
一方、熟練者の力情報を残した上でメモリ34に記憶した場合には、上述した表示を行なってもよいが、訓練者の力情報だけでなく熟練者の力情報も同時に表示してもよい。このように熟練者および訓練者の双方にかかる力情報を同時に表示すれば、訓練者は熟練者の力情報と対比させながらフェザータッチ訓練を行うことができる。
(Difference γ)
This relates to the storage of the difference β. If it is stored in the memory 34 instead of the skill information of the skilled person, the form of the vector is made different depending on whether or not the power information of the trainee is in the safety zone in step S56 of FIG. For example, if the trainer's force information (magnitude) is smaller than the lower limit value of the safety zone, the vector is displayed in blue, and if it is within the safety zone range, the vector is displayed in green, and the upper limit of the safety zone is also displayed. If it is smaller than the value, the vector is displayed in red. In this way, the trainer (operator T) who has recognized the color of the vector can know at a glance whether the force applied is large, appropriate, or small.
On the other hand, when the skill information of the skilled person is stored in the memory 34, the above-described display may be performed. However, not only the power information of the trainee but also the skill information of the skilled person may be displayed at the same time. Good. Thus, if the force information concerning both the expert and the trainee is displayed at the same time, the trainee can perform the feather touch training while comparing with the force information of the expert.

図3〜図6に示す治療訓練処理を実行してディスプレイ12で実現する表示例について、図7〜図11を参照しながら説明する。   A display example realized by the display 12 by executing the treatment training process shown in FIGS. 3 to 6 will be described with reference to FIGS.

まず図7では、訓練環境を設定する状態を図7(A)に示し、口腔52を拡大して表示する設定を行なった状態を図7(B)および図7(C)に示す{図3のステップS12,図4のステップS28を参照}。図7(A)では、仮想患者にかかる顔面40や、仮想の治療機器(本例ではバキューム42,デンタルミラー46およびハンドピース50)、操作者Tにかかる仮想の手(本例では左手44および右手48)などをディスプレイ12に表示する。当該表示を見た操作者Tは、仮想患者の顔面40の状態や、どのような治療機器を選択したのかを容易に把握できる。なお、図3のステップS16で取得する操作者Tの頭部にかかる姿勢情報に応じて、図7に示すディスプレイ12の見え方も変化する。   First, in FIG. 7, the state where the training environment is set is shown in FIG. 7A, and the state where the oral cavity 52 is enlarged and displayed is shown in FIGS. 7B and 7C {FIG. Step S12, see Step S28 of FIG. 4}. In FIG. 7A, the face 40 applied to the virtual patient, the virtual treatment device (in this example, the vacuum 42, the dental mirror 46, and the handpiece 50), the virtual hand applied to the operator T (in this example, the left hand 44 and The right hand 48) is displayed on the display 12. The operator T who sees the display can easily grasp the state of the virtual patient's face 40 and what kind of treatment device has been selected. Note that the appearance of the display 12 shown in FIG. 7 also changes according to the posture information on the head of the operator T acquired in step S16 in FIG.

歯の治療訓練を行うにあたっては口腔52が大きく表示されたほうが見えやすいので、図7(B)や図7(C)のように拡大して表示する設定を行うことができる{図3のステップS12を参照}。図7(B)に示す口腔52の一部分(本例では口蓋,口蓋垂,扁桃,口峡等の部分)は、当該部分にかかる画像54をテキスチャマッピングによって表示している。この表示では、テキスチャマッピングを行わない図7(C)に比べて仮想の口腔52にかかる臨場感を増すことができる。また、予めメモリ34に記憶した画像54をテキスチャマッピングで表示するだけであるので、処理すべきデータ量を軽減できる。   When performing dental treatment training, it is easier to see that the oral cavity 52 is displayed in a larger size, so that it can be set to be enlarged and displayed as shown in FIGS. 7B and 7C {step of FIG. See S12}. A part of the oral cavity 52 shown in FIG. 7B (parts such as the palate, uvula, tonsils, and strait in this example) displays an image 54 relating to the part by texture mapping. In this display, it is possible to increase the presence of the virtual oral cavity 52 compared to FIG. 7C in which texture mapping is not performed. Further, since only the image 54 stored in advance in the memory 34 is displayed by texture mapping, the amount of data to be processed can be reduced.

操作者Tが操作レバー22,28を操作して、ハンドピース50に備えたダイヤモンドバー50aによって歯56を切削すると、図8のような表示を行う{図3のステップS12,図4のステップS28を参照}。ここで図8(A)には口腔52内に並んでいる歯56(歯列)を切削する例を示すのに対して、図8(B),図8(C)および図8(D)には一本のみの歯56を切削する例を示す。なお当該図8(B),図8(C)および図8(D)では、虫歯に相当する部位を黒く表示している。   When the operator T operates the operation levers 22 and 28 and cuts the teeth 56 with the diamond bar 50a provided in the handpiece 50, a display as shown in FIG. 8 is performed {step S12 in FIG. 3, step S28 in FIG. See}. Here, FIG. 8A shows an example of cutting teeth 56 (dentition) arranged in the oral cavity 52, whereas FIGS. 8B, 8C, and 8D are shown. Shows an example in which only one tooth 56 is cut. In FIG. 8B, FIG. 8C, and FIG. 8D, the part corresponding to the caries is displayed in black.

図8(A)に示す例では、操作者Tが操作レバー22,28に加えた力とは反対方向の力をベクトル58で表示する{図4のステップS28,図6のステップS56を参照}。操作者Tが操作レバー22,28に加えて力覚センサ26,32で検出する力は押圧力に等しいので、ベクトル58とは逆方向の力となる。この方向のまま表示したのでは不自然な表示になるので、歯56に対して加える力を可視化するべく反対方向のベクトル成分を求めて表示している。   In the example shown in FIG. 8A, the force in the direction opposite to the force applied by the operator T to the operation levers 22 and 28 is displayed as a vector 58 {see step S28 in FIG. 4 and step S56 in FIG. 6}. . Since the force detected by the force sensor 26 and 32 in addition to the operation levers 22 and 28 by the operator T is equal to the pressing force, the force in the direction opposite to the vector 58 is obtained. If it is displayed in this direction, it will be unnatural, so the vector component in the opposite direction is obtained and displayed in order to visualize the force applied to the tooth 56.

またベクトル58は、力情報(力の大きさ)に応じて長さ(あるいは太さ)を変化させ、訓練者としての操作者Tの力情報についてはセーフティーゾーンに入っているか否かで色彩を変える{図6のステップS56を参照}。その色彩は、例えば力情報(力の大きさ)がセーフティーゾーンの下限値よりも小さければベクトルを青色で表示し、同じくセーフティーゾーンの範囲内であればベクトルを緑色で表示し、同じくセーフティーゾーンの上限値よりも小さければベクトルを赤色で表示する。こうすればベクトル58の色を認識した訓練者は加える力が大きいか、適切か、小さいかが一目で分かる。   The vector 58 changes the length (or thickness) according to the force information (the magnitude of the force), and the force information of the operator T as a trainee changes the color depending on whether or not the safety information is in the safety zone. Change {see step S56 in FIG. 6}. For example, if the force information (magnitude of the force) is smaller than the lower limit value of the safety zone, the vector is displayed in blue. If the force information is within the range of the safety zone, the vector is displayed in green. If it is smaller than the upper limit, the vector is displayed in red. In this way, the trainer who has recognized the color of the vector 58 can know at a glance whether the applied force is large, appropriate, or small.

図8(B),図8(C)および図8(D)に示す例では、操作者Tが操作レバー22,28に加えた力の大きさに応じてベクトル58の形態を変化させている。すなわち、操作者Tが加えた力が大きくなるにつれて、ベクトル58の形態が図8(B)→図8(C)→図8(D)の順番に変化する。例えば操作者Tが加えた力が7[gf]未満であれば、図8(B)に示すように青色のベクトル58を表示する。同様に7[gf]以上26[gf]未満のときは、図8(C)に示すように緑色のベクトル58とし、かつ青色のベクトル58よりも長く表示する。さらに26[gf]以上のときは、図8(D)に示すように赤色のベクトル58とし、かつ緑色のベクトル58よりも長く表示する。このように、単に力成分をベクトル58で表示するだけでなく、力の大きさに応じてベクトルの形態を変化させたので、操作者Tは歯56を切削する際の力の強弱を一目で把握できる。   In the example shown in FIGS. 8B, 8C, and 8D, the form of the vector 58 is changed according to the magnitude of the force applied to the operation levers 22 and 28 by the operator T. . That is, as the force applied by the operator T increases, the form of the vector 58 changes in the order of FIG. 8B → FIG. 8C → FIG. 8D. For example, if the force applied by the operator T is less than 7 [gf], a blue vector 58 is displayed as shown in FIG. Similarly, when the value is 7 [gf] or more and less than 26 [gf], the green vector 58 is displayed as shown in FIG. Further, when it is 26 [gf] or more, the red vector 58 is displayed as shown in FIG. In this way, the force component is not only displayed as the vector 58, but the form of the vector is changed according to the magnitude of the force, so that the operator T can determine the strength of the force when cutting the tooth 56 at a glance. I can grasp.

図4のステップS30において、歯56以外の口腔内部位(例えば舌)とダイヤモンドバー50aとの接触判定について、図9を参照しながら説明する。まず図9(A)に示すようにダイヤモンドバー50aに対応する三角ポリゴン62と、口腔内部位に対応する舌ポリゴン60とを仮想空間上に作製しておく{図3のステップS10を参照}。同様にして、図9(B)に示すように仮想の血64を仮想空間上に作製しておく{図3のステップS10を参照}。そして、ダイヤモンドバー50aの動きに追従して三角ポリゴン62を動かし{図3のステップS16,図4のステップS28を参照}、当該三角ポリゴン62の先端が舌ポリゴン60表面に接触したか否かで判定を行う。   In FIG.4 S30, the contact determination of intraoral site | parts (for example, tongue) other than the tooth | gear 56 and the diamond bar 50a is demonstrated, referring FIG. First, as shown in FIG. 9A, a triangular polygon 62 corresponding to the diamond bar 50a and a tongue polygon 60 corresponding to the intraoral site are prepared in a virtual space {see step S10 in FIG. 3}. Similarly, a virtual blood 64 is prepared in a virtual space as shown in FIG. 9B {see step S10 in FIG. 3}. Then, the triangular polygon 62 is moved following the movement of the diamond bar 50a (see step S16 in FIG. 3 and step S28 in FIG. 4), and whether or not the tip of the triangular polygon 62 contacts the surface of the tongue polygon 60 is determined. Make a decision.

もし、三角ポリゴン62の先端が舌ポリゴン60表面に接触したと判定したときは、図9(C)に示すように血64を表示する{図4のステップS32を参照}。当該図9(C)の例では、三角ポリゴン62の先端が舌ポリゴン60表面に接触した部位、すなわち歯56と舌66とが接触する部位の近傍に血64を表示している。舌66はランダムに動くので{図3のステップS14を参照}、ダイヤモンドバー50aが接触する場合がある。当該血64を見た操作者Tは、ダイヤモンドバー50aが舌66に接触したことを容易に把握できる。口腔52の全体を表示する場合も同様である。三角ポリゴン62の先端が舌ポリゴン60表面に接触していないときの表示例を図10(A)に示し、三角ポリゴン62の先端が舌ポリゴン60表面に接触したときの表示例を図10(B)に示す。   If it is determined that the tip of the triangular polygon 62 is in contact with the surface of the tongue polygon 60, the blood 64 is displayed as shown in FIG. 9C (see step S32 in FIG. 4). In the example of FIG. 9C, the blood 64 is displayed in the vicinity of the part where the tip of the triangular polygon 62 contacts the surface of the tongue polygon 60, that is, the part where the tooth 56 and the tongue 66 contact. Since the tongue 66 moves randomly (see step S14 in FIG. 3), the diamond bar 50a may come into contact. The operator T who has seen the blood 64 can easily grasp that the diamond bar 50 a has come into contact with the tongue 66. The same applies to the case where the entire oral cavity 52 is displayed. A display example when the tip of the triangular polygon 62 is not in contact with the surface of the tongue polygon 60 is shown in FIG. 10A, and a display example when the tip of the triangular polygon 62 is in contact with the surface of the tongue polygon 60 is shown in FIG. ).

治療機器としてデンタルミラーを使用するときの表示例について、図11を参照しながら説明する。図11には、デンタルミラー46と、当該デンタルミラー46に備えた鏡46aに鏡像70を表示する例を示す。本例の鏡像70は歯56の裏側を映し出したものであり、操作者Tがデンタルミラー46を見る視線ベクトルと鏡面の法線ベクトルとに基づいて鏡に映る方向ベクトルを求め、当該方向ベクトルの方向に見える映像を反転させた画像である{図3のステップS26を参照}。当該鏡像70の表示により、操作者Tは実際にデンタルミラーを見て歯を治療するに近い環境で治療訓練を行える。   A display example when using a dental mirror as a treatment device will be described with reference to FIG. FIG. 11 shows an example in which a mirror image 70 is displayed on a dental mirror 46 and a mirror 46 a provided on the dental mirror 46. The mirror image 70 in this example is a reflection of the back side of the tooth 56. The direction vector reflected in the mirror is obtained based on the line-of-sight vector where the operator T looks at the dental mirror 46 and the normal vector of the mirror surface. This is an image obtained by inverting the image that appears in the direction {see step S26 in FIG. 3}. By displaying the mirror image 70, the operator T can perform treatment training in an environment close to actually treating a tooth by looking at a dental mirror.

治療訓練を終えてディスプレイ12に表示する一例を図12に示す。図8(B),図8(C)および図8(D)に示したように一本のみの歯56をダイヤモンドバー50aで切削する際に操作者Tが加えた力の分布であって、初心者(操作者T)の訓練結果を図12(A)に棒グラフで示し、熟練者の取得結果を図12(B)に棒グラフで示す。図12(A)と図12(B)とを比較してみると、初心者は熟練者よりも強い力を加えて歯56を切削しているのが分かる。このように熟練者が加えた力と対比させることで、初心者(操作者T)は歯56を切削する際に加える力が大きいか小さいかを把握できる。   FIG. 12 shows an example of displaying on the display 12 after completing the treatment training. The distribution of the force applied by the operator T when cutting only one tooth 56 with the diamond bar 50a as shown in FIG. 8 (B), FIG. 8 (C) and FIG. 8 (D), The training result of the beginner (operator T) is shown by a bar graph in FIG. 12A, and the acquisition result of the expert is shown by a bar graph in FIG. Comparing FIG. 12 (A) and FIG. 12 (B), it can be seen that the beginner is cutting the tooth 56 by applying a stronger force than the expert. Thus, by comparing with the force applied by the expert, the beginner (operator T) can grasp whether the force applied when cutting the tooth 56 is large or small.

上述した実施例によれば、以下に示す各効果を得ることができる。
(1)治療機器に見立てた操作装置24,30(操作手段8)を操作者T(熟練者,訓練者)が操作することにより治療機器で口腔内の歯を治療する訓練を行えるように構成した力触覚の可視化を伴うフェザータッチ歯科治療訓練システムについて、仮想空間に作製した口腔および治療機器を表示可能なコンピュータ本体20およびディスプレイ12(コンピュータ装置5)と、操作装置24,30に備えられ操作者Tが操作時に加える力を検出する力覚センサ26,32(力情報取得手段9)と、力覚センサ26,32によって取得した熟練者の力情報を記憶するメモリ34(記憶手段4)とを備え{図2を参照}、メモリ34に記憶した熟練者の力情報に基づいて当該力情報が集中する範囲を表すセーフティーゾーンを決定した{ゾーン決定手段Zo;図4のステップS38を参照}。
コンピュータ本体20は、操作者Tが操作装置24,30を操作したときに力覚センサ26,32によって取得した力情報に基づいて、治療機器で治療する過程を表示するとともに、当該取得した力情報がセーフティーゾーンに入っているか否かに応じて力情報の可視化形態を異ならせた{図5のステップS40〜図6のステップS56を参照}。こうして力情報の内容を認識した操作者Tは、熟練者の力加減とともに、どの方向にどの程度の力を入れて治療機器を扱っているのかを簡単に把握できる。よって、歯の切削が適正に行われたか否かを判断できるようになる。また、治療訓練を何度も繰り返し行えるので、治療技術向上や熟練度向上を図ることができる。
According to the embodiment described above, the following effects can be obtained.
(1) An operation device 24, 30 (operating means 8) that is regarded as a treatment device is operated by an operator T (expert, trainer) so that training for treating teeth in the oral cavity can be performed with the treatment device. As for the feather touch dental treatment training system with visualization of force haptics, the computer main body 20 and the display 12 (computer device 5) capable of displaying the oral cavity and the treatment device created in the virtual space, and the operation devices 24 and 30 are operated. Force sensors 26 and 32 (force information acquisition means 9) for detecting the force applied by the person T during operation, and a memory 34 (storage means 4) for storing the force information of the skilled person acquired by the force sensors 26 and 32 {See FIG. 2}, and based on the skill information of the skilled person stored in the memory 34, a safety zone representing a range in which the force information is concentrated is determined {zone Referring to step S38 of FIG. 4}; constant means Zo.
The computer main body 20 displays the process of treatment with the treatment device based on the force information acquired by the force sensors 26 and 32 when the operator T operates the operation devices 24 and 30, and the acquired force information The force information is visualized differently depending on whether or not is in the safety zone {see Step S40 in FIG. 5 to Step S56 in FIG. 6}. Thus, the operator T who has recognized the content of the force information can easily grasp how much force is applied in which direction and the treatment device is being handled, along with the skill of the skilled person. Therefore, it can be determined whether or not the teeth have been properly cut. In addition, since treatment training can be repeated many times, it is possible to improve treatment techniques and skill levels.

(2)力情報をベクトルで表示する場合、コンピュータ本体20は当該力情報に応じてベクトルの形態を変化させた{図8(B),図8(C)および図8(D)を参照}。ベクトルの形態が変化したのを認識した操作者Tは、切削を行う際に加える力の向きや大きさ等が適切か否かをリアルタイムで判断できるようになる。 (2) When the force information is displayed as a vector, the computer body 20 changes the form of the vector according to the force information {see FIG. 8B, FIG. 8C and FIG. 8D} . The operator T who recognizes that the vector form has changed can determine in real time whether or not the direction and magnitude of the force applied when cutting is appropriate.

(3)姿勢検出手段1に相当する測定装置14を備え{図2を参照}、当該測定装置14によって検出した操作者Tの頭部の姿勢に基づいて、コンピュータ本体20は操作者Tから見える口腔および治療機器をディスプレイ12に表示した{図4のステップS28、図7等を参照}。操作者Tの頭部の姿勢が変化すると、口腔や治療機器を見る角度も変化するので、見た目が変わる。図2に示す例では、測定装置14が操作者Tの頭部の姿勢(位置,回転等)を求め、当該検出した姿勢に基づいてコンピュータ本体20が操作者Tから見える口腔および治療機器をディスプレイ12に表示している。したがって、実際の患者を治療すると同様な見え方で治療訓練を行える。
測定装置14が操作者Tの頭部の姿勢を検出するにあたっては、磁気を発生させる磁気発生源16(磁気発生器3a)と、三次元磁気センサ18(磁気センサ3b)と、操作者Tの頭部に取り付けた三次元磁気センサ10,18(磁気センサ3c)とを用いた。この構成によればコード等の引き回しに煩わされることなく、現実の歯科治療と同様の環境で訓練を行うことができる。
(3) A measuring device 14 corresponding to the posture detecting means 1 is provided {see FIG. 2}, and the computer main body 20 is visible to the operator T based on the posture of the head of the operator T detected by the measuring device 14 The oral cavity and the treatment device are displayed on the display 12 {see step S28 in FIG. 4, FIG. 7, etc.}. When the posture of the operator T's head changes, the angle at which the oral cavity and the treatment device are viewed also changes, so the appearance changes. In the example shown in FIG. 2, the measuring device 14 obtains the posture (position, rotation, etc.) of the head of the operator T, and the computer main body 20 displays the oral cavity and the treatment device visible to the operator T based on the detected posture. 12 is displayed. Therefore, treatment training can be performed in the same way as when treating an actual patient.
When the measuring device 14 detects the posture of the head of the operator T, a magnetic source 16 (magnetic generator 3a) for generating magnetism, a three-dimensional magnetic sensor 18 (magnetic sensor 3b), and the operator T's Three-dimensional magnetic sensors 10 and 18 (magnetic sensor 3c) attached to the head were used. According to this configuration, training can be performed in an environment similar to that of actual dental treatment without being bothered by the routing of a cord or the like.

(4)コンピュータ本体20は、口腔内における歯以外の部位と治療機器との接触を検出し{接触検出手段6;図3のステップS20および図4のステップS30を参照}、当該接触を検出したときに報知した{報知手段7;図3のステップS32、図9,図10を参照}。すなわち治療訓練中に歯以外の部位と治療機器とが接触したときには、現実の歯科治療と同等な状況を再現するために仮想の血を表示したり、警告音や音声を響かせるなどで接触の発生を報知した。報知を認識した操作者Tは、操作中(すなわち治療訓練中)に治療機器が歯以外の部位に接触したという治療ミスが発生したことが分かる。どのような操作をしたら治療ミスが発生するのかが分かるので、治療時の危険性を習得できる。したがって、操作者Tは危険回避を意識しながら治療訓練を行うことになるので、治療技術向上や熟練度向上につながる。 (4) The computer main body 20 detects contact between a part other than the tooth in the oral cavity and the treatment device {contact detection means 6; see step S20 in FIG. 3 and step S30 in FIG. 4}, and detects the contact. At some time, {notification means 7; see step S32 in FIG. 3, FIG. 9, FIG. 10}. That is, when a part other than a tooth comes into contact with a treatment device during treatment training, contact is generated by displaying virtual blood or resembling a warning sound or sound to reproduce the same situation as in actual dental treatment. Was informed. The operator T who has recognized the notification knows that a treatment error has occurred that the treatment device has touched a part other than the tooth during the operation (that is, during the treatment training). Knowing what kind of operation will cause treatment mistakes, you can learn the risks during treatment. Therefore, the operator T performs treatment training while being aware of danger avoidance, which leads to improvement in treatment technology and skill level.

(5)コンピュータ本体20は、仮想空間に血を作製しておき、接触を検出した口腔内の部位に血を出現させる表示を実現した{図3のステップS30,S32、図9,図10を参照}。当該血の表示を認識した操作者Tは、実際の治療と同様の臨場感で治療ミスの発生を知り得るので、治療時の危険性を現実的に習得できる。 (5) The computer main body 20 creates blood in the virtual space, and realizes a display for causing blood to appear at the site in the oral cavity where contact is detected {steps S30, S32, FIG. 9, FIG. 10 in FIG. reference}. The operator T who has recognized the display of the blood can know the occurrence of a treatment error with a sense of reality similar to that of the actual treatment, so that the danger at the time of treatment can be learned practically.

(6)コンピュータ本体20は、口腔内の舌をランダムに動かしてディスプレイ12に表示した{図3のステップS32を参照}。実際の患者は突発的に舌を動かすことがあり、これがもとで治療機器が舌に接触する治療ミスが発生する場合もある。治療訓練でも舌をランダムに動かすことにより、現実的な動きを再現する。操作者Tは実際に現れるような舌の動きに対応して歯の治療を行わなければならないので、実際の患者を治療するに近い環境で訓練を行うことができる。本例では舌をランダムに動かしたが、上下の顎をランダムに動かしたり、患者の頭全体をランダムに動かす等を行なってもよい。したがって、思わぬ動きによる危険性を習得できるようになる。 (6) The computer main body 20 randomly moves the tongue in the oral cavity and displays it on the display 12 (see step S32 in FIG. 3). An actual patient may suddenly move the tongue, which may result in a treatment error where the treatment device touches the tongue. In treatment training, realistic movements are reproduced by randomly moving the tongue. Since the operator T has to treat the teeth corresponding to the movement of the tongue as it actually appears, training can be performed in an environment close to treating an actual patient. In this example, the tongue is moved randomly, but the upper and lower jaws may be moved randomly, or the entire patient's head may be moved randomly. Therefore, it becomes possible to learn the danger due to unexpected movement.

(7)コンピュータ本体20は、口腔の一部については対応する画像をテキスチャマッピングによって表示した{図4のステップS28、図7等を参照}。この表示によって仮想患者の口腔は現実感を出すことができ、かつモデルが簡易化されるので処理負担を減らすことができる。したがって、仮想の口腔にかかる臨場感を増すとともに、処理すべきデータ量を軽減できる。 (7) The computer main body 20 displays a corresponding image for a part of the oral cavity by texture mapping {see step S28 in FIG. 4, FIG. 7, etc.}. By this display, the oral cavity of the virtual patient can give a sense of reality, and the model can be simplified, so that the processing burden can be reduced. Therefore, the presence of the virtual oral cavity can be increased and the amount of data to be processed can be reduced.

(8)治療機器としてデンタルミラーを表示する場合、コンピュータ本体20は操作者Tがデンタルミラーを見る視線ベクトルと鏡面の法線ベクトルとに基づいて鏡に映る方向ベクトルを求め、当該方向ベクトルの方向に見える映像を反転させて表示した{図3のステップS26および図4のステップS28、図11を参照}。歯(特に歯の裏側)を治療するにあたってはデンタルミラーが欠かせない。デンタルミラーに映る画像を表示するようにしたので、実際にデンタルミラーを見て歯を治療するに近い環境で訓練を行える。 (8) When displaying a dental mirror as a treatment device, the computer body 20 obtains a direction vector reflected in the mirror based on the line-of-sight vector in which the operator T looks at the dental mirror and the normal vector of the mirror surface, and the direction of the direction vector The video that appears in the image is inverted and displayed (see step S26 in FIG. 3, step S28 in FIG. 4, and FIG. 11). A dental mirror is indispensable for treating teeth (especially the back of teeth). Since the image reflected on the dental mirror is displayed, training can be performed in an environment close to actually treating a tooth by looking at the dental mirror.

(9)操作装置24,30は、治療機器(特にダイヤモンドバー50a)が歯に接触したときに受ける反力を操作者Tに伝達する構成とした{図2、図3のステップS20,S22を参照}。歯にはある程度の硬度があるので、実際の治療を行う際に治療機器(例えばハンドピース)が歯に接触すると反力を受ける。当該反力を受けた場合には、歯を削る際に加える力を弱めなければ削り過ぎる可能性が高まる。操作者Tは操作装置24,30から反力を受けた場合に力を弱めなければ歯を削り過ぎることを訓練で習得できる。したがって、実際に歯を治療するに近い環境で治療訓練を行うことができる。 (9) The operation devices 24 and 30 are configured to transmit the reaction force received when the treatment device (particularly the diamond bar 50a) contacts the teeth to the operator T {Steps S20 and S22 in FIGS. 2 and 3 are performed. reference}. Since teeth have a certain degree of hardness, when a treatment device (for example, a handpiece) comes into contact with the teeth during actual treatment, it receives a reaction force. If the reaction force is received, the possibility of overcutting increases unless the force applied when cutting the teeth is weakened. When the operator T receives a reaction force from the operation devices 24 and 30, the operator T can learn by training that the tooth is excessively sharpened unless the force is weakened. Therefore, treatment training can be performed in an environment close to actually treating teeth.

他の実施例Other examples

以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例に従って説明したが、本発明は当該実施例に何ら限定されるものではない。言い換えれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施することが可能である。例えば、次に示す各形態を実現してもよい。   As mentioned above, although the best form for implementing this invention was demonstrated according to the Example, this invention is not limited to the said Example at all. In other words, the present invention can be implemented in various forms without departing from the gist of the present invention. For example, the following forms may be realized.

(1)上述した実施例では、操作者Tが操作レバー22,28を操作する際に加えた力のみをベクトル58で表示した{図8(A),図8(B),図8(C)および図8(D)を参照}。この形態に代えて、操作者Tのベクトル58に加え、図13に示すように熟練者が操作レバー22,28を操作する際に加えた力のベクトル74を同時に表示してもよい。当該ベクトル74で示す力は、熟練者が操作レバー22,28に加えた力を力覚センサ26,32によって検出して力情報としてメモリ34に記憶したものである。現在操作している操作者Tのフェザータッチの力情報(本例ではベクトル58)を表示するだけでなく、熟練者の操作によるフェザータッチの力情報(本例ではベクトル74)をも表示するので、操作者Tは熟練者の力よりも強い(大きい)か否かが分かる。こうして操作者T自身の操作による力情報の内容だけでなく熟練者が操作する力情報の内容も認識した操作者Tは、切削を行う力が適切か否かをリアルタイムで判断できるようになる。 (1) In the above-described embodiment, only the force applied when the operator T operates the operation levers 22 and 28 is displayed as a vector 58 {FIGS. 8A, 8B, 8C. ) And FIG. 8D}. Instead of this form, in addition to the vector 58 of the operator T, a force vector 74 applied when the skilled person operates the operation levers 22 and 28 as shown in FIG. The force indicated by the vector 74 is obtained by detecting the force applied by the skilled person to the operation levers 22 and 28 by the force sensors 26 and 32 and storing it in the memory 34 as force information. Not only the feather touch force information (vector 58 in this example) of the operator T who is currently operating, but also the feather touch force information (vector 74 in this example) by an expert's operation is displayed. The operator T knows whether it is stronger (larger) than the skill of the expert. Thus, the operator T who has recognized not only the content of the force information by the operation of the operator T itself but also the content of the force information operated by the expert can determine in real time whether or not the force for cutting is appropriate.

(2)上述した実施例では、操作者Tが操作レバー22,28を操作するフェザータッチの力情報をベクトル形式で表示した{図8(A),図8(B),図8(C)および図8(D)を参照}。この形態に代えて(あるいは加えて)、操作者Tが操作レバー22,28を操作するフェザータッチの力情報を他の形式で表示してもよい。例えば図13に示すように力の大きさを数値(本例では10[gf])を表示したり、ベクトルの各成分(X軸方向成分,Y軸方向成分,Z軸方向成分等)を数値で表示したりする。当該数値はベクトル58とともに表示してもよく、当該数値のみを表示してもよい。 (2) In the above-described embodiment, the force information of feather touch that the operator T operates the operation levers 22 and 28 is displayed in a vector format {FIGS. 8A, 8B, and 8C. And see FIG. 8D}. Instead of (or in addition to) this form, the force information of feather touch with which the operator T operates the operation levers 22 and 28 may be displayed in another form. For example, as shown in FIG. 13, the magnitude of the force is displayed as a numerical value (10 [gf] in this example), or each vector component (X-axis direction component, Y-axis direction component, Z-axis direction component, etc.) is expressed numerically. Or display. The numerical value may be displayed together with the vector 58, or only the numerical value may be displayed.

(3)上述した実施例では、治療機器が口腔内部位に接触したと判定した場合には、単に報知を行うのみとした{図4のステップS32、図6のステップS60、図9(C)等を参照}。この形態に加えて、治療機器が接触した口腔内部位(例えば舌)や仮想患者の顔面等を反射的に動かす表示を行なってもよい。現実に治療機器が口腔内部位に接触すると、患者には痛みが発生するので、当該患者は接触した部位や顔面等を痛みから回避しようと反射的に動くことが多い。そこで、仮想患者も実際の患者と同様の行動を起こさせることにより、治療ミス時の対応措置を訓練することができるようになる。 (3) In the above-described embodiment, when it is determined that the treatment device has contacted the intraoral site, only the notification is performed {step S32 in FIG. 4, step S60 in FIG. 6, and FIG. 9 (C). Etc.}. In addition to this form, display may be performed in which the intraoral site (for example, the tongue) or the face of the virtual patient in contact with the treatment device is reflexively moved. When the treatment device actually touches the intraoral site, pain occurs in the patient, and the patient often moves reflexively to avoid the contact site or face from the pain. Therefore, the virtual patient can be trained to cope with a treatment error by causing the virtual patient to perform the same action as the actual patient.

(4)上述した実施例では、操作者Tが加えた力の分布を訓練結果として表示する構成とした{図4のステップS36、図10を参照}。この形態に代えて(あるいは加えて)、操作者Tが加えた力の時系列的な変化を表示する構成としてもよい。こうすれば、操作者Tはどのタイミングでどれだけの強さを加えていたのかが分かるようになる。特に熟練者が加えた力の時系列的な変化を合わせて表示すれば、操作者Tは各タイミングで加える力が熟練者と比べて強い(大きい)か否かを簡単に把握することができる。 (4) In the above-described embodiment, the force distribution applied by the operator T is displayed as a training result {see step S36 in FIG. 4 and FIG. 10}. Instead of (or in addition to) this form, a time-series change in force applied by the operator T may be displayed. In this way, the operator T can know how much strength is applied at what timing. In particular, if the time-series changes of the force applied by the skilled worker are displayed together, the operator T can easily grasp whether the force applied at each timing is stronger (larger) than the skilled worker. .

本発明の概要を模式的に表すブロック図である。It is a block diagram showing the outline of the present invention typically. 力触覚の可視化を伴うフェザータッチ歯科治療訓練システムの構成例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structural example of the feather touch dental treatment training system with visualization of a force tactile sense. 治療訓練処理の手続きを表すフローチャートである。It is a flowchart showing the procedure of a treatment training process. 図3に続く手続きを表すフローチャートである。It is a flowchart showing the procedure following FIG. 図4に続く手続きを表すフローチャートである。It is a flowchart showing the procedure following FIG. 図5に続く手続きを表すフローチャートである。It is a flowchart showing the procedure following FIG. ディスプレイへの表示例を示す図である。It is a figure which shows the example of a display on a display. ディスプレイへの表示例を示す図である。It is a figure which shows the example of a display on a display. ディスプレイへの表示例を示す図である。It is a figure which shows the example of a display on a display. ディスプレイへの表示例を示す図である。It is a figure which shows the example of a display on a display. ディスプレイへの表示例を示す図である。It is a figure which shows the example of a display on a display. ディスプレイへの表示例を示す図である。It is a figure which shows the example of a display on a display. ディスプレイへの表示例を示す図である。It is a figure which shows the example of a display on a display.

符号の説明Explanation of symbols

1 姿勢検出手段
2 表示器
3 磁気センサ装置
3a 磁気発生器
3b,3c 磁気センサ
4 記憶手段
5 コンピュータ装置
6 接触検出手段
7 報知手段
8 操作手段
8a 右操作部
8b 左操作部
9 力情報取得手段
9a 右検出部
9b 左検出部
Fa,Fb 力(力情報)
T 操作者(熟練者,訓練者)
Zo ゾーン決定手段
10,18 三次元磁気センサ(磁気センサ)
12 立体視用頭部搭載型ディスプレイ(コンピュータ装置)
14 測定装置(姿勢検出手段)
16 磁気発生源(磁気発生器)
20 コンピュータ本体(コンピュータ装置)
22,28 操作レバー(操作手段)
24,30 操作装置(操作手段)
26,32 力覚センサ(力検出手段)
34 メモリ(記憶手段)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Posture detection means 2 Display 3 Magnetic sensor apparatus 3a Magnetic generator 3b, 3c Magnetic sensor 4 Storage means 5 Computer apparatus 6 Contact detection means 7 Notification means 8 Operation means 8a Right operation part 8b Left operation part 9 Force information acquisition means 9a Right detector 9b Left detector Fa, Fb Force (force information)
T operator (expert, trainer)
Zo zone determination means 10, 18 Three-dimensional magnetic sensor (magnetic sensor)
12 Stereoscopic head-mounted display (computer device)
14 Measuring device (Attitude detection means)
16 Magnetic source (Magnetic generator)
20 Computer body (computer device)
22, 28 Operation lever (operation means)
24, 30 Operating device (operating means)
26, 32 Force sensor (force detection means)
34 Memory (storage means)

Claims (6)

仮想空間に作製した口腔および治療機器を表示可能なコンピュータ装置と、前記治療機器を操作する操作手段とを備え、前記操作手段を操作することにより前記治療機器で前記口腔内の歯を治療するフェザータッチ訓練を行えるように構成した力触覚の可視化を伴うフェザータッチ歯科治療訓練システムであって、
前記操作手段の操作によるフェザータッチの力情報を取得する力情報取得手段と、
前記力情報取得手段によって取得した熟練者の力情報を記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶した熟練者の力情報に基づいて、当該力情報が集中する範囲を表すセーフティーゾーンを決定するゾーン決定手段とを備え、
前記コンピュータ装置は、操作者が前記操作手段を操作したときに前記力情報取得手段によって取得した力情報に基づいて、前記治療機器で治療する過程を表示するとともに、当該取得した力情報が前記セーフティーゾーンに入っているか否かに応じて前記力情報の可視化形態を異ならせたことを特徴とする力触覚の可視化を伴うフェザータッチ歯科治療訓練システム。
A feather comprising a computer device capable of displaying an oral cavity and a treatment device produced in a virtual space, and an operation means for operating the treatment device, and treating the teeth in the oral cavity with the treatment device by operating the operation means A feather touch dental treatment training system with force-tactile visualization configured to allow touch training,
Force information acquisition means for acquiring force information of feather touch by operation of the operation means;
Storage means for storing the force information of the skilled person acquired by the force information acquisition means;
Zone determining means for determining a safety zone representing a range where the force information is concentrated based on the skill information of the skilled person stored in the storage means,
The computer device displays a process of treating with the treatment device based on the force information acquired by the force information acquisition unit when an operator operates the operation unit, and the acquired force information is the safety information. A feather touch dental treatment training system with force / tactile visualization, wherein the force information is visualized in different forms depending on whether or not it is in a zone.
請求項1に記載した力触覚の可視化を伴うフェザータッチ歯科治療訓練システムであって、
コンピュータ装置は、力情報の可視化をベクトルで表示する場合、前記力情報の大きさに応じてベクトルの形態を変化させることを特徴とする力触覚の可視化を伴うフェザータッチ歯科治療訓練システム。
A feather touch dental treatment training system with force-tactile visualization according to claim 1,
When the computer apparatus displays force information visualization as a vector, the feather touch dental treatment training system with force tactile visualization is characterized in that the form of the vector is changed according to the magnitude of the force information.
請求項1または2に記載した力触覚の可視化を伴うフェザータッチ歯科治療訓練システムであって、
操作者の頭部の姿勢を検出する姿勢検出手段を備え、
コンピュータ装置は、前記姿勢検出手段によって検出した姿勢に基づいて、前記操作者から見える口腔および治療機器を表示することを特徴とする力触覚の可視化を伴うフェザータッチ歯科治療訓練システム。
A feather touch dental care training system with force-tactile visualization according to claim 1 or 2,
Equipped with posture detection means for detecting the posture of the operator's head,
The computer device displays the oral cavity and the treatment device visible from the operator based on the posture detected by the posture detection means, and is a feather touch dental treatment training system with force-tactile visualization.
請求項1から3のいずれか一項に記載した力触覚の可視化を伴うフェザータッチ歯科治療訓練システムであって、
コンピュータ装置は、口腔内における歯以外の部位と治療機器との接触を検出する接触検出手段と、当該接触検出手段によって接触を検出したときには報知を行う報知手段とを有することを特徴とする力触覚の可視化を伴うフェザータッチ歯科治療訓練システム。
A feather touch dental treatment training system with force-tactile visualization according to any one of claims 1 to 3,
The computer device includes a force detection sensation that includes contact detection means for detecting contact between a part other than a tooth in the oral cavity and a treatment device, and notification means for notifying when contact is detected by the contact detection means. Feather touch dental care training system with visualization.
請求項4に記載した力触覚の可視化を伴うフェザータッチ歯科治療訓練システムであって、
コンピュータ装置は、仮想空間に血を作製し、接触検出手段によって接触を検出した口腔内の部位に前記血を出現させる表示を行うことを特徴とする力触覚の可視化を伴うフェザータッチ歯科治療訓練システム。
A feather touch dental care training system with force-tactile visualization according to claim 4,
Feather touch dental treatment training system with visualization of force / tactile sensation, characterized in that a computer device creates blood in a virtual space and displays the blood to appear at a site in the oral cavity where contact is detected by contact detection means .
請求項1から5のいずれか一項に記載した力触覚の可視化を伴うフェザータッチ歯科治療訓練システムであって、
コンピュータ装置は、口腔内の舌をランダムに動かして表示することを特徴とする力触覚の可視化を伴うフェザータッチ歯科治療訓練システム。
A feather touch dental treatment training system with force-tactile visualization according to any one of claims 1 to 5,
A computer-aided training system for feather touch dental treatment with visualization of force-tactile sensation, wherein the tongue in the mouth is moved and displayed at random.
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