A 74-year-old female patient, who underwent surgery for a left distal tibiofibular fracture 40 years earlier, visited the hospital with an ankle varus deformity due to malunion. The patient complained of discomfort while walking due to the ankle and hindfoot varus deformity but did not complain of ankle pain. Therefore, correction using supramalleolar osteotomy was planned, and through virtual surgical simulation, it was predicted that a correction angle of 24° and an osteotomy gap open of 12 mm would be necessary. An osteotomy guide and an osteotomy gap block were made using three-dimensional (3D) printing to perform the osteotomy and correct the deformity according to the predicted goal. One year after surgery, it was observed that the ankle varus was corrected according to the surgical simulation, and the patient was able to walk comfortably. Thus, for correction of deformity, virtual surgical simulation and a 3D-printed osteotomy guide can be used to predict the target value for correction. This is useful for increasing the accuracy of correction of the deformity.
Practice education using virtual medical simulation has been recently introduced to maximize the learning efficiency in clinical environment. Specially, in minimally invasive surgery, the necessity of virtual surgery medical simulation has been substantially increased. Since cauterizing effect occurred frequently in minimally invasive surgery has been represented by simple bleeding, realistic cauterizing effect animation has not been proposed yet. In this paper, we propose realistic real-time cauterizing effect animation. Proposed method changes the individual element of each vertex color of the mesh and uses sigmoid function to impose weights for the smooth color change inside the valid mesh region so that the results of cauterizing effect animation was realistic. In addition, by proposing cauterizing color buffer, overlapped cauterizing effects can be realistically represented. Proposed method greatly improves the sense of the real and absorption in virtual surgery medical simulation so that the education efficiency of doctors and students using medical simulation can be maximized.
Background: Mandibular motion tracking system (ManMoS) has been developed for orthognathic surgery. This article aimed to introduce the ManMoS and to examine the accuracy of this system. Methods: Skeletal and dental models are reconstructed in a virtual space from the DICOM data of three-dimensional computed tomography (3D-CT) recording and the STL data of 3D scanning, respectively. The ManMoS uniquely integrates the virtual dento-skeletal model with the real motion of the dental cast mounted on the simulator, using the reference splint. Positional change of the dental cast is tracked by using the 3D motion tracking equipment and reflects on the jaw position of the virtual model in real time, generating the mixed-reality surgical simulation. ManMoS was applied for two clinical cases having a facial asymmetry. In order to assess the accuracy of the ManMoS, the positional change of the lower dental arch was compared between the virtual and real models. Results: With the measurement data of the real lower dental cast as a reference, measurement error for the whole simulation system was less than 0.32 mm. In ManMoS, the skeletal and dental asymmetries were adequately diagnosed in three dimensions. Jaw repositioning was simulated with priority given to the skeletal correction rather than the occlusal correction. In two cases, facial asymmetry was successfully improved while a normal occlusal relationship was reconstructed. Positional change measured in the virtual model did not differ significantly from that in the real model. Conclusions: It was suggested that the accuracy of the ManMoS was good enough for a clinical use. This surgical simulation system appears to meet clinical demands well and is an important facilitator of communication between orthodontists and surgeons.
Yang, Xiaopeng;Yu, Hee Chul;Choi, Younggeun;Yang, Jae Do;Cho, Baik Hwan;You, Heecheon
Journal of the Ergonomics Society of Korea
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v.36
no.1
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pp.37-52
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2017
Objective: The present study developed a user-centered 3D virtual liver surgery planning (VLSP) system called Dr. Liver to provide preoperative information for safe and rational surgery. Background: Preoperative 3D VLSP is needed for patients' safety in liver surgery. Existing systems either do not provide functions specialized for liver surgery planning or do not provide functions for cross-check of the accuracy of analysis results. Method: Use scenarios of Dr. Liver were developed through literature review, benchmarking, and interviews with surgeons. User interfaces of Dr. Liver with various user-friendly features (e.g., context-sensitive hotkey menu and 3D view navigation box) was designed. Novel image processing algorithms (e.g., hybrid semi-automatic algorithm for liver extraction and customized region growing algorithm for vessel extraction) were developed for accurate and efficient liver surgery planning. Usability problems of a preliminary version of Dr. Liver were identified by surgeons and system developers and then design changes were made to resolve the identified usability problems. Results: A usability testing showed that the revised version of Dr. Liver achieved a high level of satisfaction ($6.1{\pm}0.8$ out of 7) and an acceptable time efficiency ($26.7{\pm}0.9 min$) in liver surgery planning. Conclusion: Involvement of usability testing in system development process from the beginning is useful to identify potential usability problems to improve for shortening system development period and cost. Application: The development and evaluation process of Dr. Liver in this study can be referred in designing a user-centered system.
Kim, Gayoung;Shim, Eungjune;Mohammed, Hussein;Kim, Youngjun;Kim, Yong Oock
Journal of International Society for Simulation Surgery
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v.4
no.1
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pp.9-12
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2017
Purpose Surgery for separating craniopagus twins involves many critical issues owing to complex anatomical features. We demonstrate a 3D printed model and virtual reality (VR) technologies that could provide valuable benefits for surgical planning and simulation, which would improve the visualization and perception during craniopagus surgery. Material & Methods We printed a 3D model extracted from CT images of craniopagus patients using segmentation software developed in-house. Then, we imported the 3D model to create the VR environment using 3D simulation software (Unity, Unity Technologies, CA). We utilized the HTC Vive (HTC & Valve Corp) head-mount-display for the VR simulation. Results We obtained the 3D printed model of craniopagus patients and imported the model to a VR environment. Manipulating the model in VR was possible, and the 3D model in the VR environment enhanced the application of user-friendly 3D modeling in surgery for craniopagus twins. Conclusion The use of the 3D printed model and VR has helped understand complicated anatomical structures of craniopagus patients and has made communicating with other medical surgeons in the field much easier. Further, interacting with the 3D model is possible in VR, which enhances the understanding of the craniopagus surgery as well as the success rate of separation surgery while providing useful information on diagnosing and surgery planning.
Jin, ImGeun;Yang, HoonJoo;Kim, DeaSeung;Yi, Won Jin;Hwang, Soon Jung
The Journal of the Korean dental association
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v.50
no.11
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pp.660-669
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2012
We describes the process of 3D virtual treatment planning and of CAD/CAM for surgical splint in orthognathic surgery. The potential benefits and disadvantages of 3D virtual approach and the use of CAD/CAM system for the treatment of the patient with a maxillofacial deformity are discussed. For the more convenient applications,3D software should be improved.
Baik Yong Hae;Lee Soon Jin;Lee Ji Yun;Noh Jae Hyung;Sohn Tae Sung;Kim Sung;Kim Yong Il
Journal of Gastric Cancer
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v.3
no.4
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pp.195-200
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2003
Purpose: Advancement of computed tomography (CT) hardware and software has allowed thin section scanning and reconstruction of fascinating 2-dimentional (2D) and 3- dimentional (3D) images. Especially, the reconstruction of 3D images of gastrointestinal tract has been used in the detection and diagnosis of pre-malignant and malignant diseases. To compare the efficacy of CT gastrography with conventional upper gastrointenstinal series (UGIs) in gastric cancer patients. Materials and Methods: During Nov. 2002 and Mar. 2003, twenty-seven patients who had gastric cancer received both double contrast upper GI series and CT gastrography prior to radical surgery. Among these patients, nineteen had early gastric cancer (EGC) and 8 had advanced gastric cancer (AGC). Fifteen patients were male and 12 were female. The mean age was 54 yrs (range, $27\∼75$ yrs). The patients were placed on NPO and Stomach was distended with gas in fasting state prior to CT scanning. Double contrast upper GI series were performed as routine manual. CT scan was conducted in all patients using 8 or 16-channel multidetector CT in this study. The collimation and reconstruction for CT scanning were set at 2.5 mm and 1.25 mm, respectively. CT scanning was performed in the supine position. For image processing, CT gastrography, in which raysum and surface rendering images were constructed, virtual and 2D image in coronal and sagittal images were performed. The detectability of gastric cancer was assessed between UGIs and CT gastrography. Results: In AGCs, the detection rate of cancer using CT gastrography and virtual gastroscopy was higher than EGC cases. However, CT gastrography and virtual gastroscopy showed less favorable results than UGIs. Even though only a small number of cases had been studied, we might conclude that CT gastrography and virtual gastroscopy could replace UGIs in the detection of AGC cases. Conclusion: The detection rate used with CT gastrography and Virtual gastroscopy is not better than that of UGIs in early gastric cancer, however, in advanced gastric cancer cases, it is nearly equal to that of UGIs.
Computer aided design and manufacturing (CAD/CAM) technology today is the standard in manufacturing industry. The application of the CAD/CAM technology, together with the emerging 3D medical images based virtual surgical planning (VSP) technology, to craniomaxillofacial reconstruction has been gaining increasing attention to reconstructive surgeons. This article illustrates the components, system and clinical management of the VSP and CAD/CAM technology including: data acquisition, virtual surgical and treatment planning, individual implant design and fabrication, and outcome assessment. It focuses primarily on the technical aspects of the VSP and CAD/CAM system to improve the predictability of the planning and outcome.
Park, Si-Yeon;Hwang, Dae-Seok;Song, Jae-Min;Kim, Uk-Kyu
Maxillofacial Plastic and Reconstructive Surgery
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v.41
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pp.35.1-35.7
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2019
Background: The purpose of this study was to measure the time of the conventional surgical planning (CSP) and virtual surgical planning (VSP) in orthognathic surgery and to compare them in terms of cost. Material and method: This is a retrospective study of the patients who underwent orthognathic surgery at the Pusan National University Dental Hospital from December 2017 to August 2018. All the patients were analyzed through both CSP and VSP, and all the surgical stents were fabricated through manual and three-dimensional (3D) printing. The predictor variables were the planning method (CSP vs. VSP) and the surgery type (group I: Le Fort I osteotomy + bilateral sagittal split osteotomy [LFI+BSSO] or group II: only bilateral sagittal split osteotomy [BSSO]), and the outcomes were the time and cost. The results were analyzed using the paired t test. Results: Thirty patients (12 females, 18 males) met the inclusion criteria, and 17 patients were excluded from the study due to missing or incomplete data. There were 20 group I patients (LFI+BSSO regardless of genioplasty) and 10 group II patients (BSSO regardless of genioplasty). The average time of CSP for group I was 385 ± 7.8 min, and that for group II was 195 ± 8.33 min. The time reduction rate of VSP compared with CSP was 62.8% in group I and 41.5% in group II. On the other hand, there was no statistically significant cost reduction. Conclusions: The time investment in VSP in this study was significantly smaller than that in CSP, and the difference was greater in group I than in group II.
Kim, Hannah;Kim, Youngjun;Cho, Hyunchul;Shim, Eung June;Lee, Deukhee;Kim, Laehyun;Park, Sehyung;Lee, Jung-Woo
Korean Journal of Computational Design and Engineering
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v.21
no.2
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pp.196-203
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2016
In this paper, we propose a virtual surgical planning system specialized to mandible reconstruction surgery. Mandible reconstruction surgery is one of the most difficult surgeries, even for experienced surgeons. Compared to the traditional surgical procedures, virtual surgical planning can reduce the operation time in operating room while expecting better surgical outcome with optimized planning. However, with existing software systems, it requires much time and manual operations in virtual surgical planning. To reduce preparation time and improve accuracy of virtual surgical planning, we have developed optimized functions for virtual surgical simulation of mandible reconstruction with user-friendly interface. We found that the proposed system shortened the preparation time by half compared to the existing system from the experiments. The proposed system supports surgeons to make accurate plan faster and easier. The virtually planned results are used to make surgical cutting guide by 3D printing, and this will enhance surgical performance in operating room.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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