In this paper, we proposed the method of virtual reality-based surgical navigation to reproduce the pre-planned position and angle of the pedicle screw in spinal fusion surgery. The goal of the proposed method is to quantitatively save the surgical plan by applying a virtual guide coordinate system and reproduce it in the surgical process through virtual reality. In the surgical planning step, the insertion position and angle of the pedicle screw are planned and stored based on the virtual guide coordinate system. To implement the virtual reality-based surgical navigation, a vision tracking system is applied to set the patient coordinate system and paired point-based patient-to-image registration is performed. In the surgical navigation step, the surgical plan is reproduced by quantitatively visualizing the pre-planned insertion position and angle of the pedicle screw using a virtual guide coordinate system. We conducted phantom experiment to verify the error between the surgical plan and the surgical navigation, the experimental result showed that target registration error was average 1.47 ± 0.64 mm when using the proposed method. We believe that our method can be used to accurately reproduce a pre-established surgical plan in spinal fusion surgery.
Kim Sungmin;Chung Goo Bong;Oh Se Min;Yi Byung-Ju;Kim Whee Kuk;Park Jong Il;Kim Young Soo
Journal of Biomedical Engineering Research
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v.26
no.5
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pp.265-270
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2005
A new Computer Integrated Surgical Robot system is composed of a surgical robot, a surgical planning system, and an optical tracking system. The system plays roles of an assisting surgeon and taking the place of surgeons for inserting a pedicle screw in spinal fusion. Compared to pure surgical navigation systems as well as conventional methods for spinal fusion, it is able to achieve better accuracy through compensating for the portending movement of the surgical target area. Furthermore, the robot can position and guide needles, drills, and other surgical instruments or conducts drilling/screwing directly. Preoperatively, the desired entry point, orientation, and depth of surgical tools for pedicle screw insertion are determined by the surgical planning system based on CT/MR images. Intra-operatively, position information on surgical instruments and targeted surgical areas is obtained from the navigation system. Two exemplary experiments employing the developed image-guided surgical robot system are conducted.
Journal of the Korean Association of Oral and Maxillofacial Surgeons
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v.42
no.5
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pp.251-258
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2016
Objectives: The aim of this retrospective study was to investigate factors associated with increased difficulty in the surgical extraction of impacted lower third molars and to improve identification of difficult cases. Materials and Methods: A total of 680 patients who required 762 surgical extractions of impacted lower third molars from 2009 to 2014 were enrolled in the study. Demographic factors, clinical factors, radiographic factors, surgical extraction difficulty, and presumed causes of difficulty were collected. Data were statistically analyzed using IBM SPSS Statistics version 23. Results: Age, sex, depth of impaction, and blurred radiographic image influenced difficulty in surgical extraction. The position of the impacted tooth influenced surgical difficulty, especially when it was accompanied by other factors. Conclusion: It is challenging to design a reliable and practical instrument to predict difficulty in surgical extraction of impacted lower third molars. To identify very difficult cases, root investigation using computed tomography is advised when impacted tooth position suggests difficult extraction.
Total hip arthroplasty(THA) considerably depends on high-experienced doctors because of high difficulty of the operation. Selection of acetabular cup's and femoral implant's position is closely related with success or failure of THA. Nevertheless the selection has usually depended on doctor's eye measurement, which makes the position accuracy of artificial joint lower after THA, often resulting in revision of THA. The present study determined a method to select accurately the position of acetabular cup and femoral implant through surgical simulation with 3D characteristic geometrical information of patient's pelvis and femur. We examined the change of femoral anteversion angle and neck-shaft angle accompanied by the change of acetabular cup's position and the insertion position of femoral implant. As result of analyzing geometrical information through different surgical simulations, we found that it was possible to select the accurate position of acetabular cup and femoral implant. It is expected to help doctors get experienced in THA operation through repetitive surgical simulations using the method suggested in the study.
This study shows a control strategy that acquires both precision and manipulation sensitivity of remote center motion with manual traction for a surgical assistant robot. Remote center motion is an essential function of a laparoscopic surgical robot. The robot has to keep the position of the insertion port in a three-dimensional space, and general laparoscopic surgery needs 4-DoF (degree-of-freedom) motions such as pan, tilt, spin, and forward/backward. The proposed robot consists of a 6-axis collaborative robot and a 2-DoF end-effector. A 6-axis collaborative robot performs the cone-shaped trajectory with pan and tilt motion of an end-effector maintaining the position of remote center. An end-effector deals with the remaining 2-DoF movement. The most intuitive way a surgeon manipulates a robot is through direct teaching. Since the accuracy of maintaining the remote center position is important, direct teaching is implemented based on position control in this study. A force/torque sensor which is attached to between robot and end-effector estimates the surgeon's intention and generates the command of motion. The predefined remote center position and the pan and tilt angles generated from direct teaching are input as a command for position control. The command generation algorithm determines the direct teaching sensitivity. Required torque for direct teaching and accuracy of remote center motion are analyzed by experiments of panning and tilting motion.
Bae, Jin Suk;Kim, Dong Hyun;Kim, Won Taek;Kim, Yong Ho;Park, Dahl;Ki, Yong Kan
Radiation Oncology Journal
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v.35
no.1
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pp.65-70
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2017
Purpose: To evaluate the utility of implanted surgical clips for detecting interfractional errors in the treatment of hepatobiliary and pancreatic cancer with postoperative radiotherapy (PORT). Methods and Materials: Twenty patients had been treated with PORT for locally advanced hepatobiliary or pancreatic cancer, from November 2014 to April 2016. Patients underwent computed tomography simulation and were treated in expiratory breathing phase. During treatment, orthogonal kilovoltage (kV) imaging was taken twice a week, and isocenter shifts were made to match bony anatomy. The difference in position of clips between kV images and digitally reconstructed radiographs was determined. Clips were consist of 3 proximal clips (clip_p, ${\leq}2cm$) and 3 distal clips (clip_d, >2 cm), which were classified according to distance from treatment center. The interfractional displacements of clips were measured in the superior-inferior (SI), anterior-posterior (AP), and right-left (RL) directions. Results: The translocation of clip was well correlated with diaphragm movement in 90.4% (190/210) of all images. The clip position errors greater than 5 mm were observed in 26.0% in SI, 1.8% in AP, and 5.4% in RL directions, respectively. Moreover, the clip position errors greater than 10 mm were observed in 1.9% in SI, 0.2% in AP, and 0.2% in RL directions, despite respiratory control. Conclusion: Quantitative analysis of surgical clip displacement reflect respiratory motion, setup errors and postoperative change of intraabdominal organ position. Furthermore, position of clips is distinguished easily in verification images. The identification of the surgical clip position may lead to a significant improvement in the accuracy of upper abdominal radiation therapy.
Journal of International Society for Simulation Surgery
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v.1
no.1
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pp.7-12
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2014
Purpose Surgical correction of various occular problems which do not have visual problem in plastic surgical area is to normalize the appearance of the face by restoring the normal position of orbit and eyeball. With development of surgical technique, the orbit can be restored exactly in trauma patient and can be moved totally in hypertelorism, as an example of congenital disease. All these surgeries are based on the hypothesis that the position of oclular glove moves in the plane in a quantitatively predictable reationship to osseous orbit movement. However, no studies have critically evaluated between the change of periorbital soft tissue and the outcome of the surgical correction, because there is no method of objective, quantitave evaluation of the periorbital soft tissue. Method Author suggest the methodology for quantitative assessment of ocular and periocular fat changes using the manipulation of digital images of computed tomographic scan. Results The method was allowed to evaluate inter-dacryon distance, inter-centroid distance, movement of the medial orbital wall, movement of the lateral orbital wall, alteration of thickness of the lateral periorbital fat as indicator of movement of the orbital wall and orbit in the patient with congenital periorbital anomaly and postoperative periorbital surgery. The goal of surgical correction of various occular problems which do not have visual problem in plastic surgical area is to normalize the appearance of the face by restoring the normal position of orbit and eyeball. With development of surgical technique, the orbit can be restored exactly in trauma patient and can be moved totally in hypertelorism, as an example of congenital disease. All these sugeries are based on the hypothesis that the position of oclular glove moves in the plane in a quantitatively predictable relationship to osseous orbit movement. However, no studies have critically evaluated between the change of periorbital soft tissue and the outcome of the surgical correction, because there is no method of objective, quantitave evaluation of the periorbital soft tissue. In this report, author suggest the methodology for quantitative assessment of ocular and periocular fat changes using the manipulation of digital images of computed tomographic scan. Conclusion The method suggested is objective and accurate method in measurement of the orbital contents. It takes time and is not easy to do, however, this kind of measurement for fine structures will be more easily available in near future.
After making the surgical treatment plan, the surgical movements are duplicated in the model surgery. During this procedure, reference points and lines are drawn on the base of the models over the dental arch, and sawcuts are made according to these marked osteotomy lines. This method requires more accuracy for better postsurgical results in that the surgical splint which enables the surgeon to position the jaws intraoperatively is made from the casts as repositioned by the model surgery, and finally it will define the postsurgical results. This technique, however, has been found to be inexact, especially when the jaws are moved in several dimensions simultaneously. To overcome this, different methods have been developed for an accurate repositioning of the jaws as planned. A new appliance, Surgical Jaw Relator, was devised by the author for the simple 3-dimensional relocation of the upper and lower models, resulting in the easy construction of the splints such as centric relation splint, intermediate and final splint. This article describes an introduction and a clinical application of this appliance.
Purpose: This study was aimed at analysis of the changes in the condyle position in subjects with mandibular setback osteotomies Method: Twenty patients were evaluated retrospectively for their changes in the condyle position who underwent surgical mandibular setback using bilateral sagittal split osteotomies with a manual condyle repositioning technique and rigid fixation. The cephalometric and panoramic analysis was performed preoperatively, 1 week, 6 months, and 1 year postoperatively. And postoperative noise, temporomandibular joint pain, and mouth opening were clinically examined 2 months, 4 months, 6 months, 8 months, 10 months, and 12 months postoperatively. Result: The condyles rotated posteriorly and laterally immediately after surgery, and they returned to the preoperative position during follow-up period but it is not significant. The statistical analysis (Paired t-test) showed no significant effects in postsurgical stability. The changes in the condyle position didn't have a significant harmful influence on temporomandibular joint disorder. Conclusion: A careful surgical mandibular setback using manual condyle repositioning and fixation technique will move condyle minimally and that will decrease the relapse and temporomandibular joint disorder.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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