Haptisches Modell für Fräsen am virtuellen Felsenbein

Einleitung:

Für die Simulation des Fräsens am Felsenbein wird ein haptisches VR-Modell benötigt. Dieses soll echtzeitfähige, realistische Haptik bei der Interaktion zwischen virtuellem Fräser und CT-Knochenmodell bieten. Aktuell werden vor allem lineare Modelle für die Berechnung des virtuellen Abtrags verwendet, doch diese spiegeln nicht die Realität wider. Es wird ein neues, exponentielles Modell für die Abtragberechnung in Kombination mit einer Physiksimulation vorgeschlagen.

Methoden:

Als Fräsköpfe werden Rosen- und Diamantfräser mit Durchmessern von 1,4 – 4,0 mm modelliert. Für die Interaktion zwischen virtuellem Fräskopf und Knochen-CT werden Kräfte in Bezug auf Steifigkeit, Geschwindigkeit, Winkel und Reibung berechnet. Abtragung wird mittels exponentieller Funktion berechnet, abhängig von Drehzahl, Kraft und 2 Parametern. Für Kollision zwischen Schaft und Knochen wird die Bullet Engine verwendet um Kräfte und Momente zu bestimmen. Diese hängen von der Position der Kollision, Steifigkeit und Rauigkeit des Knochens ab.

Das neue Modell wird quantitativ mit einem linearen Abtragemodell aus der Literatur. Die qualitative Evaluierung am Simulator geschieht durch 5 HNO Chirurgen.

Ergebnisse:

Das exponentielle Modell liefert quantitativ ähnliche Werte wie die Literatur. Ein HNO Chirurg verglich das lineare Modell mit dem entwickelten Exponentiellen. Das exponentielle Modell schnitt in allen haptischen Aspekten besser ab. Die weiteren 4 Chirurgen bewerteten das Modell ebenfalls positiv.

Schlussfolgerungen:

Das implementierte haptische Modell simuliert die Interaktion von Fräser und Knochen sehr gut. Es sind kleinere Anpassungen notwendig, als weitere Schritte können andere Fräsertypen bzw. weitere Oberflächen modelliert werden.

Publication History

Publication Date:
23 April 2019 (online)