자기공명영상은 뛰어난 해상도의 해부학적 구조 정보를 제공하여 임상적인 외과수술에 매우 유용하게 적용되고 있다. 영상처리 기법과 MRI 영상유도기법을 이용한 뇌수술은 외과 전문의에게 많은 도움을 줄 수 있다. 본 논문에서는 스테레오 매칭 기법을 이용하여 중재적 시술이 가능한 유도영상시술 시스템의 개발에 관하여 소개하였다. 생검을 수행하기 위하여, MRI 마커, 카메라 마커, 탐침 프로브 마커를 정밀하게 제작하였고 시스템의 정확성을 입증하기 위하여 팬텀을 제작하였다. 제작된 마커와 팬텀을 이용하여 1.5 Tesla MRI 시스템으로 실험을 수행하였다. 구현된 시스템의 오차범위는 팬텀 실험에서 약 1.5%였고, 동물실험에서는 오차가 3mm 이내로 임상적용이 가능한 수준임을 착인하였다. 본 연구에서 제시한 스테레오 매칭기법을 이용한 유도영상시술 시스템은 기존의 방법보다 우수한 성능을 보여주었다.
Image-guided surgery potentially enhances intraoperative safety and outcomes in a variety of craniomaxillofacial procedures. We explore the efficiency of one intraoperative navigation system in a single complex craniofacial case, review the initial and recurring costs, and estimate the added cost (e.g., additional setup time, registration). We discuss the potential challenges and benefits of utilizing image-guided surgery in our specific case and its benefits in terms of educational and teaching purposes and compare this with traditional osteotomies that rely on a surgeon's thorough understanding of anatomy coupled with tactile feedback to blindly guide the osteotome during surgery. A 13-year-old presented with untreated syndromic multi-suture synostosis, brachycephaly, severe exorbitism, and midface hypoplasia. For now, initial costs are high, recurring costs are relatively low, and there are perceived benefits of imaged-guided surgery as an excellent teaching tool for visualizing difficult and often unseen anatomy through computerized software and multi-planar real-time images.
The authors describe the experience with the interactive image-guided Zeiss SMN system, which has been applied to 20 patients with various intracranial lesions during one year. Preoperative radiologic evaluation was CT scan in 6 cases, MRI in 14 cases. In all except one case, average fiducial registration errors were less than 2mm. There was no statistical difference in registration error between CT and MR image. This system considered to be relatively stable with respect to soft and hardware. Also it was useful for the designing of the scalp incision and bone flap and assessing the extent of resection in tumors, especially in gliomas. Moreover, it was helpful to evaluate complex surgical anatomy in skull base surgery.
Yim, Yeny;Wakid, Mike;Kirmizibayrak, Can;Bielamowicz, Steven;Hahn, James
Journal of Computing Science and Engineering
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제4권4호
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pp.368-387
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2010
We propose a novel method for the registration of 3D CT scans to 2D endoscopic images during the image-guided medialization laryngoplasty. This study aims to allow the surgeon to find the precise configuration of the implant and place it into the desired location by employing accurate registration methods of the 3D CT data to intra-operative patient and interactive visualization tools for the registered images. In this study, the proposed registration methods enable the surgeon to compare the outcome of the procedure to the pre-planned shape by matching the vocal folds in the CT rendered images to the endoscopic images. The 3D image fusion provides an interactive and intuitive guidance for surgeon by visualizing a combined and correlated relationship of the multiple imaging modalities. The 3D Magic Lens helps to effectively visualize laryngeal anatomical structures by applying different transparencies and transfer functions to the region of interest. The preliminary results of the study demonstrated that the proposed method can be readily extended for image-guided surgery of real patients.
This review introduces the current technique of photoacoustic imaging as it is applied in imaging-guided surgery (IGS), which provides the surgeon with image visualization and analysis capabilities during surgery. Numerous imaging techniques have been developed to help surgeons perform complex operations more safely and quickly. Although surgeons typically use these kinds of images to visualize targets hidden by bone and other tissues, it is nonetheless more difficult to perform surgery with static reference images (e.g., computed tomography scans and magnetic resonance images) of internal structures. Photoacoustic imaging could enable real-time visualization of regions of interest during surgery. Several researchers have shown that photoacoustic imaging has potential for the noninvasive diagnosis of various types of tissues, including bone. Previous studies of the surgical application of photoacoustic imaging have focused on cancer surgery, but photoacoustic imaging has also recently attracted interest for spinal surgery, because it could be useful for avoiding pedicle breaches and for choosing an appropriate starting point before drilling or pedicle probe insertion. This review describes the current instruments and clinical applications of photoacoustic imaging. Its primary objective is to provide a comprehensive overview of photoacoustic IGS in spinal surgery.
Image-guided surgery (IGS) system has become well known in the field of neurosurgery and spine surgery. A patient's anatomy is first registered to preoperatively acquired CT/ MRI data using the point matching algorithm. A magnetic field digitizer was used to measure the physical space data and the system was based on Workstation of Unix system. To evaluate the spatial accuracy of interactive IGS system, the phantom consisting of rods varied height and known location was used. The RMS error value between CT/MR images and real location was 3-4mm. For the more convenience of the surgery, we provide various image display modules.
Optical imaging modalities with properties of real-time, non-invasive, in vivo, and high resolution for image-guided surgery have been widely studied. In this review, we introduce two optical imaging systems, that could be the core of image-guided surgery and introduce the system configuration, implementation, and operation methods. First, we introduce the optical coherence tomography (OCT) system implemented by our research group. This system is implemented based on a swept-source, and the system has an axial resolution of 11 ㎛ and a lateral resolution of 22 ㎛. Second, we introduce a fluorescence imaging system. The fluorescence imaging system was implemented based on the absorption and fluorescence wavelength of indocyanine green (ICG), with a light-emitting diode (LED) light source. To confirm the performance of the two imaging systems, human malignant melanoma cells were injected into BALB/c nude mice to create a xenograft model and using this, OCT images of cancer and pathological slide images were compared. In addition, in a mouse model, an intravenous injection of indocyanine green was used with a fluorescence imaging system to detect real-time images moving along blood vessels and to detect sentinel lymph nodes, which could be very important for cancer staging. Finally, polarization-sensitive OCT to find the boundaries of cancer in real-time and real-time image-guided surgery using a developed contrast agent and fluorescence imaging system were introduced.
Purpose : The purpose of this study was to develop a stent-based image guided surgery system and to apply it to oral and maxillofacial surgeries for anatomically complex sites. Materials and Methods : We devised a patient-specific stent for patient-to-image registration and navigation. Three-dimensional positions of the reference probe and the tool probe were tracked by an optical camera system and the relative position of the handpiece drill tip to the reference probe was monitored continuously on the monitor of a PC. Using 8 landmarks for measuring accuracy, the spatial discrepancy between CT image coordinate and physical coordinate was calculated for testing the normality. Results : The accuracy over 8 anatomical landmarks showed an overall mean of $0.56{\pm}0.16\;mm$. The developed system was applied to a surgery for a vertical alveolar bone augmentation in right mandibular posterior area and possible interior alveolar nerve injury case of an impacted third molar. The developed system provided continuous monitoring of invisible anatomical structures during operation and 3D information for operation sites. The clinical challenge showed sufficient accuracy and availability of anatomically complex operation sites. Conclusion : The developed system showed sufficient accuracy and availability in oral and maxillofacial surgeries for anatomically complex sites.
Kim Sungmin;Chung Goo Bong;Oh Se Min;Yi Byung-Ju;Kim Whee Kuk;Park Jong Il;Kim Young Soo
대한의용생체공학회:의공학회지
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제26권5호
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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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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