• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제44권5호
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• pp.303-314
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• 2023

This study aimed to assess the practical feasibility of advanced deformable image registration (DIR) algorithms in radiotherapy by employing two distinct datasets. The first dataset included 14 4D lung CT scans and 31 head and neck CT scans. In the 4D lung CT dataset, we employed the DIR algorithm to register organs at risk and tumors based on respiratory phases. The second dataset comprised pre-, mid-, and post-treatment CT images of the head and neck region, along with organ at risk and tumor delineations. These images underwent registration using the DIR algorithm, and Dice similarity coefficients (DSCs) were compared. In the 4D lung CT dataset, registration accuracy was evaluated for the spinal cord, lung, lung nodules, esophagus, and tumors. The average DSCs for the non-learning-based SyN and NiftyReg algorithms were 0.92±0.07 and 0.88±0.09, respectively. Deep learning methods, namely Voxelmorph, Cyclemorph, and Transmorph, achieved average DSCs of 0.90±0.07, 0.91±0.04, and 0.89±0.05, respectively. For the head and neck CT dataset, the average DSCs for SyN and NiftyReg were 0.82±0.04 and 0.79±0.05, respectively, while Voxelmorph, Cyclemorph, and Transmorph showed average DSCs of 0.80±0.08, 0.78±0.11, and 0.78±0.09, respectively. Additionally, the deep learning DIR algorithms demonstrated faster transformation times compared to other models, including commercial and conventional mathematical algorithms (Voxelmorph: 0.36 sec/images, Cyclemorph: 0.3 sec/images, Transmorph: 5.1 sec/images, SyN: 140 sec/images, NiftyReg: 40.2 sec/images). In conclusion, this study highlights the varying clinical applicability of deep learning-based DIR methods in different anatomical regions. While challenges were encountered in head and neck CT registrations, 4D lung CT registrations exhibited favorable results, indicating the potential for clinical implementation. Further research and development in DIR algorithms tailored to specific anatomical regions are warranted to improve the overall clinical utility of these methods.

• 대한정형외과학회지
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• 제55권5호
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• pp.405-410
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• 2020

목적: 퇴행성 요추부 척추 질환에 대한 수술적 치료로 척추 경 나사못(pedicle screw) 삽입술이 전통적으로 사용되어왔다. 이에 대한 대안으로 제시된 피질골 궤도 나사못(cortical-bone trajectory screw)은 덜 침습적인 후방 요추부 고정이 가능한 점과 몇몇의 생체 역학 연구에서 보고한 우수한 기계적 안정성을 장점으로 가지고 있다. 본 연구의 목적은 후방 감압술 후 후방 고정술 및 유합을 시행한 환자에 있어 피질골 궤도 나사못 고정술의 초기 실패에 관한 사례의 임상적 및 방사선적 결과를 알아보고자 함에 있다. 대상 및 방법: 요추의 퇴행성 척추 협착 및 척추 전방 전위에 대한 전통적인 척추 경 나사못 고정을 대안하여 피질골 궤도 나사못을 사용하여 2013년부터 2018년까지 수술적 치료를 시행한 311명의 환자를 대상으로 하였다. 수술 후 조기 고정 실패는 수술 후 6개월째, 외래 추시에서 시행한 컴퓨터 단층촬영(computed tomography) 및 방사선 사진상 나사못의 이완, 이탈 및 파손과 같은 고정 실패가 일어날 시로 정의하였다. 결과: 조기 고정 실패는 311예 중 46예(14.8%), 나사못 이완이 46예(14.8%), 이탈이 12예(3.9%), 파손이 4예(1.3%)에서 발생하였다. 해당 고정 실패가 일어난 부위 분석 시, L1이 7예(15.2%), L2가 3예(6.5%), L3가 4예(8.7%), L4가 4예(8.7%), L5가 4예(8.7%), 그리고 S1이 24예(52.2%)였다. 주로 말단 피질골 궤도 나사못 중에서도 S1 나사못에서 이완, 이탈 및 파손과 같은 고정 실패가 주로 발생하였다. 결론: 피질골 궤도 나사못 고정은 기존의 척추 경 나사못 고정과 비교했을 때 동등한 임상 결과 또는 적은 합병증을 나타낼 수 있는 하나의 대안이 될 수 있으나 골다공증이 있거나 특히 L5-S1 유합부위에서 전방지지구조가 되지 않는 조건일 때, 이완, 이탈, 파손 등의 조기 고정 실패가 나타나는 결과가 있었다.

• Journal of Korean Neurosurgical Society
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• 제58권1호
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• pp.50-53
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• 2015

Objective : The purpose of this study was to evaluate radiographic/clinical outcomes of adolescent idiopathic scoliosis (AIS) patients treated by a Korean neurosurgeon. Methods : Ten AIS patients were treated by a single neurosurgeon between January 2011 and September 2013 utilizing segmental instrumentation with pedicle screws. Basic demographic information, curve pattern by Lenke classification, number of levels treated, amount of correction achieved, radiographic/clinical outcomes [by Scolisis Resarch Society (SRS-22r) questionnaire] and complications were evaluated to determine the surgical results. Pulmonary function test was utilized to assess forced vital capacity (FVC) and forced expiratory volume in one second (FEV1) before and after surgery. Results : The average percentage of correction of the major structural curve was 73.6% (ranged from 64% to 81.5%). Preoperative and final postoperative absolute FVC averaged 3.03 L and 3.76 L (0.73 L increase, p=0.046), and absolute FEV1 averaged 2.63 L and 3.49 L (0.86 L increase, p=0.021). Preoperative and final postoperative average self-image and function scores of SRS-22r were, $2.6{\pm}0.5$, $3.3{\pm}0.1$, $4.0{\pm}0.5$, and $4.6{\pm}0.0$, respectively. There was a significant improvement of the self-image and function scores of SRS-22r questionnaires before and after surgery (p<0.05). There was no case of neurological deficit, infection and revision for screw malposition. One patient underwent a fusion extension surgery for shoulder asymmetry. Conclusion : Radiographic/clinical outcomes of AIS patients treated by a Korean neurosurgeon were acceptable. Fundamental understanding of pediatric spinal deformity is essential for the practice of AIS surgery.

• Journal of Yeungnam Medical Science
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• 제30권2호
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• pp.116-119
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• 2013

A burnt-out prostate cancer tumor is a very rare clinical entity. The term 'burnt-out' refers to a primary tumor that has spontaneously and nearly completely regressed without treatment. Since metastasis of prostate cancer is usually encountered in the presence of advanced disease, distant metastasis with an undetectable primary tumor is very rare. We report herein a case of a burnt-out prostate cancer tumor that metastasized to the thoracic (T) spine and caused cord compression. A 66-year-old man visited the Emergency Department due to weakness of both legs for the past two days. His blood and urine tests were normal at the time. His spine magnetic resonance imaging (MRI) scans looked like bone metastasis that involved the T-7 vertebral body and a posterior element, and caused spinal cord compression. Other images, including from the brain MRI, neck/chest/abdomino-pelvic computed tomography (CT) scan and 18F-fluorodeoxyglucose (FDG)-positron emission tomography (PET) and endoscopy, revealed no lesions that suggested malignancy. After total corpectomy T-7 and screw fixation/fusion at T5 to T10, the pathology report revealed a metastatic carcinoma that was strongly positive for prostate-specific antigen (PSA). The serum PSA value was 1.5 ng/mL. The transrectal 12-core prostate biopsy and ultrasonography showed no definitive hypoechoic lesion, but one specimen had slight (only 1%) adenocarcinoma with a Gleason score of 6 (3+3). The final diagnosis was burned-out prostate cancer with an initial normal PSA value. Although metastatic disease with an unknown primary origin was confirmed, a more aggressive approach in seeking the primary origin could provide a more specific treatment strategy and greater clinical benefit to patients.

• 대한의용생체공학회:학술대회논문집
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• 대한의용생체공학회 1995년도 춘계학술대회
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• pp.23-26
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• 1995

The objectives of the present study are 1)to find the effect of the diameter of transpedicular screws on their fixational strength in pedicles under static pull-out loading, 2)to determine the biomechanical correlation between the pedicle diameter and the screw diameter, and 3)to find the effects of other factors in the screw design, such as materials, screw pitch, thread height and shape on their fixational strength. Biomechanical tests (Test I) were performed to evaluate the effect of the screw diameter on pull-out strength by using 60 porcine pedicls and six groups of custom-made pedicle screws with different diameters (the major and the minor diameter of the screws used in the testing varied from 4mm upto 9mm and from 3mm upto 8mm, respectively) while all other factors (materials, screw pitch, thread height and shape etc.) were fixed. In Test II, by using 61 porcine pedicles, the relationship between the ratio of the pedicle diameter and the screw diameter(=aspect ratio) of the custum-made screw and the pull-out strength of the screw was investigated. Test III was performed with 94 porcine pedicles and 8 different types of the commercial screws from 6 major productors in order to determine the effect of the screw diameter, pitch and the thread shape on the pull-out strength of the screw, respectively. The results of Test I showed that the axial pull-out resistance of the screw could be increased prportionaly to the screw diameter(P<0.05). But this increase in the pull-out resistance did not found when the screws of 4mm or 9mm in the diameter were employed. It was found from the results of Test II that the screws had its maximum pull-out resistant force when the aspect ratio ranging 40 - 69% (P<0.05). based on the results for the major diameter against the minor diameter of screw, the maximal pull-out resistance was found at 60-65% (P<0.05). According to these biomechanical testing results, it seems that the screw with a moderately large pitch is more desirable and the buttress-shaped screw can provide stronger fixation than the V-shape one can, if other designal factor and conditions were fixed.

• 대한기계학회논문집A
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• 제36권1호
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• pp.29-35
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• 2012

척추관 협착증은 감압술과 융합술 그리고 인공추간판 치환술 등이 있으며, 2000년대 중반부터는 인공추간판 치환술이 널리 시술되고 있다. 인공추간판의 연구는 추간판의 자유도 및 추체의 굴곡-신전, 측굴전, 축회전에 대한 해석이 핵심기술이지만, 시술 후 수년이 경과하여 발생하는 피로파손이 새롭게 큰 문제점으로 대두되고 있다. 따라서 인공추간판 연구는 슬라이딩 코어의 피로특성 및 내구성 향상에 집중되어야 한다. 본 연구에서는 세계적으로 가장 많이 사용되는 인공추간판 제품(SB Charit$\acute{e}$ III)을 기초로 유한요소모델을 제작하고, 슬라이딩 코어의 곡률반경과 마찰계수의 변화가 von-Mises 응력과 접촉압력에 미치는 영향을 평가하였다. 이와 같은 결과를 바탕으로 새로운 인공추간판 모델들 (Model-I, -II, -III)을 제안하고 일정수명 후 발생할 수 있는 슬라이딩 코어의 피로파손 거동에 대해 SB Charit$\acute{e}$ III의 결과와 비교 평가하였다.

• Journal of Korean Neurosurgical Society
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• 제64권6호
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• pp.933-943
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• 2021

Objective : Percutaneous pedicle screw (PPS) fixation is a needle based procedure that requires fluoroscopic image guidance. Consequently, radiation exposure is inevitable for patients, surgeons, and operation room staff. We hypothesize that reducing the production of radiation emission will result in reduced radiation exposure for everyone in the operation room. Research was performed to evaluate reduction of radiation exposure by modifying imaging manner and mode of radiation source. Methods : A total of 170 patients (680 screws) who underwent fusion surgery with PPS fixation from September 2019 to March 2020 were analyzed in this study. Personal dosimeters (Polimaster Ltd.) were worn at the collar outside a lead apron to measure radiation exposure. Patients were assigned to four groups based on imaging manner of fluoroscopy and radiation modification (pulse mode with reduced dose) : continuous use without radiation modification (group 1, n=34), intermittent use without radiation modification (group 2, n=54), continuous use with radiation modification (group 3, n=26), and intermittent use with radiation modification (group 4, n=56). Post hoc Tukey Honest significant difference test was used for individual comparisons of radiation exposure/screw and fluoroscopic time/screw. Results : The average radiation exposure/screw was 71.45±45.75 µSv/screw for group 1, 18.77±11.51 µSv/screw for group 2, 19.58±7.00 µSv/screw for group 3, and 4.26±2.89 µSv/screw for group 4. By changing imaging manner from continuous multiple shot to intermittent single shot, 73.7% radiation reduction was achieved in the no radiation modification groups (groups 1, 2), and 78.2% radiation reduction was achieved in the radiation modification groups (groups 3, 4). Radiation source modification from continuous mode with standard dose to pulse mode with reduced dose resulted in 72.6% radiation reduction in continuous imaging groups (groups 1, 3) and 77.3% radiation reduction in intermittent imaging groups (groups 2, 4). The average radiation exposure/screw was reduced 94.1% by changing imaging manner and modifying radiation source from continuous imaging with standard fluoroscopy setting (group 1) to intermittent imaging with modified fluoroscopy setting (group 4). A total of 680 screws were reviewed postoperatively, and 99.3% (675) were evaluated as pedicle breach grade 0 (<2 mm). Conclusion : The average radiation exposure/screw for a spinal surgeon can be reduced 94.1% by changing imaging manner and modifying radiation source from real-time imaging with standard dose to intermittent imaging with modified dose. These modifications can be instantly applied to any procedure using fluoroscopic guidance and may reduce the overall radiation exposure of spine surgeons.

• 한국자기학회지
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• 제26권5호
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• pp.173-178
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• 2016

두경부와 전립선 암 환자에서 CT조영제가 방사선치료계획에 미치는 영향을 확인하고 선량계산 정확성 향상을 위하여 본 연구를 실시하였다. 30명의 환자에 대하여 Pinnacle 8.0 시스템을 이용하여 조영제에 의한 조직의 전자밀도 변화를 측정하였으며 각각의 방사선치료계획을 통한 선량계산을 실시하였다. Pinnacle과 Tomotherapy planning 시스템을 이용하여 각각의 전자밀도와 3D 입체조형방사선치료(3D CRT)와 세기변조방사선치료(IMRT)계획을 수립하였다. 조영제에 의한 전자밀도의 변화는 4%이하로 두경부: 표적용적 2.1%, 이하선 1.9%, 하악선 3.6%, 혀 0.9%, 척수 0.3%, 식도 2.6%, 하악골 0.1%, 전립선: 표적용적 0.7%, 림프절 1.1%, 방광 1.2%, 직장 1.5%, 소장 1.2%, 대장 0.6%, penile bulb 0.8%, 대퇴골두 -0.2%로 나타났다. 선량계산의 차이는 2.5% 이하의 선량 증가가 발생하였다(3D CRT: 두경부 0.69~2.51%, 전립선 0.04~1.14%, IMRT: 두경부 0.58~1.31%, 전립선 0.36~1.04%). 이러한 오차는 임상에서 허용 가능한 오차 이내이지만 영상융합(조영증강 영상과 조영증강 하지않은 영상)이나 ROI import 기능을 활용하여 조영 증강하지 않은 영상에서 선량계산을 실시한다면 1~3%의 방사선치료계획 선량 오차를 줄일 수 있을 것으로 기대된다.

• 트랜스-
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• 제8권
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• pp.95-127
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• 2020

본 연구는 태극권 움직임에서 신체의 이완방법을 개발하기 위해 바티니에프 기본원리를 적용하여 태극권 움직임의 원리를 분석하였다. 이 연구과정을 통해 태극권과 바티니에프의 신체 움직임이 일맥상통한다는 것을 알 수 있었다. 첫째, 태극권과 바티니에프의 신체 움직임 철학 각도에서 살펴보면 두 기법의 궁극적인 목표는 모두 정신과 신체의 통합이다. 즉 동양의 심신일원론(心身一元論)과 서양의 신체자각(Body Awareness)이 일맥상통하였다. 둘째, 바티니에프가 제시한 호흡지지의 측면에서 살펴보면 두 기법은 모두 호흡을 통해 신체를 자연스럽게 움직이게 하고 각 부위를 이완시킨다. 태극권에서 기(氣)는 생명의 바탕이며 신(身)의 힘이다. 즉, 태극권의 호흡은 몸과 마음(Body- Mind)을 소통, 조화, 융화시킬 수 있는 것이다. 다시 말해서 태극권의 호흡은 정신적인 융합을 통하여 이루어지며 움직임에 영향을 주었다. 바티니에프의 호흡지지도 마찬가지다. 바티니에프의 호흡은 모든 관점에서 움직임에 영향을 주고 호흡은 몸의 내부와 외부의 형태를 모두 변화시킨다고 한다. 셋째, 바티니에프가 제시한 중심부지지의 측면에서 살펴보면 두 기법은 모두 중심을 강조하였다. 중심 지지를 의식하면서 움직이면 몸의 표면적인 근육보다는 좀 더 깊은 근육을 사용할 수 있으며 이를 통해 강하고 유연한 움직임을 가능하게 하였다. 태극권의 기침단전(氣沉丹田)은 의식적으로 복식호흡을 사용하고 힘을 중심으로 모은다. 이러한 운동을 할 때 중심은 더 안정되고 호흡 역시 순조로워진다. 넷째, 바티니에프 기본원리에서 제시한 회전적 요인의 측면에서 살펴보면 모두 회전을 사용한 움직임을 통해 신체 이완이라는 목적을 이루게 된다. 바티니에프의 회전적 요인은 축을 중심으로 3차원적으로 움직이는 관절운동이라는 특성을 인지함으로써 동작을 더욱 쉽게 하고 자유롭게 할 수 있었다. 태극권도 마찬가지다. 태극권은 원형과 나선형(Spiral Movement)의 움직임을 통해서 공간을 최대한 접근하고 매끄럽게 흐름을 전환해서 이완이라는 목적을 이루게 되었다. 다섯 번째, 코헨(Bonnie Bainbridge Cohen)의 Body-Mind Centering Work 이론을 토대로 바티네에프가 정립한 발달 모형의 각도에서 살펴보면 태극권의 움직임의 발전과정과 발달 모형에서 제시한의 호흡, 중심-말초부 연결 / 중앙 반사, 머리- 꼬리뼈 연결 / 척추의 움직임, 상체-하체 연결 / 상응하는 움직임, 신체의 반쪽 연결 / 동종 편측 연결, 교차 측면 연결 / 대측 연결 모두 일맥상통함을 알 수 있었다. 즉 태극권은 호흡을 통해 에너지를 중심으로 모으고, 요추를 통해 상체와 하체를 연결하며 움직임이 발전할 때 동종 편측 연결뿐만 아니라 교차 측면 연결을 할 수 있다. 이러한 연구를 통해 무용의 움직임을 자연스럽게 표현하고, 신체 자각을 토대로 중심축과 관절, 및 균형을 이용한 신체의 움직임 원리를 분석해낼 수 있었다.

• 대한정형외과학회지
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• 제55권5호
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• pp.411-417
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• 2020

목적: 양방향 내시경적 감압술(unilateral biportal endoscopic decompression, UBE)의 유용성을 증명하기 위해 수술의 임상적, 영상학적 결과를 보고하고자 한다. 대상 및 방법: 요추 추간공 협착증으로 일측성 양방향 내시경적 측부 추간공 감압술(unilateral biportal endoscopic far-lateral decompression, UBEFLD)을 시행받은 20명의 환자들을 분석하였다. 임상적으로 시각통증척도(visual analogue scale, VAS), modified Macnab criteria, Oswestry Disability Index (ODI), 영상학적으로 수술 전후 단순영상을 비교하여 intervertebral angle (IVA), percentage slip, disc height index (DHI), foraminal height index (FHI)를 분석하였다. 결과: VAS는 평균적으로 술 전 6.20에서 술 후 1개월 2.05, 3개월 1.75, 1년 1.45로 호전을 보였다(p<0.001). Modified Macnab criteria는 술 후 1개월 70.0%, 3개월 80.0%, 1년 85.0%의 환자들에서 good 혹은 excellent 판정을 받았다(p=0.034). ODI는 술 전 59.8%, 1개월 35.8%, 3개월 33.2%, 1년 17.1%로 호전을 보였다(p<0.001). IVA는 술 후 평균 0.40도 증가(p=0.057), percentage slip은 술 후 0.19% 증가하였다(p=0.134). DHI는 술 전 0.49에서 술 후 0.62로 증가(p=0.359), FHI 또한 술 전 0.71에서 술 후 0.79로 증가하였다(p<0.001). 결론: UBEFLD는 임상학적 및 영상학적으로 모두 만족스러운 결과를 보였으며 종래의 척추 유합술이나 현미경 추간공 성형술의 훌륭한 대체가 될 수 있음을 의미한다.