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dc.contributor.advisor Hong, Jae Sung -
dc.contributor.author Jung, Kyung Hwa -
dc.date.accessioned 2015-07-19T07:20:47Z -
dc.date.available 2015-07-19T07:20:47Z -
dc.date.issued 2015 -
dc.identifier.uri http://dgist.dcollection.net/jsp/common/DcLoOrgPer.jsp?sItemId=000002066328 -
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/20.500.11750/987 -
dc.description.abstract The aim of study is to evaluate the effectiveness of a wide-angle arthroscope by comparison with a conven-tional arthroscope, and to propose a region of interest (ROI) selection interface which is enable solo surgery without assistants. The usability of wide-angle arthroscope was validated by comparing the scope handling performance between the 150 degree wide-angle arthroscope and 105 degree existing arthroscope when twelve participants with no experience of arthroscopic surgery performed the four shoulder arthroscopic simulation tasks in phantom mode. Four evaluation criteria for assessing the performance were (1) the time taken, (2) total trajectory length scope moved, (3) number of scope handing movements, (4) average acceleration. Experi-mental results support that the value of evaluation criteria was statistically lower when participants used the wide-angle arthroscope. The ROI selection interface simultaneously shows a wide-angle view and magnified ROI view which is required due to the small size of ROI in the wide-angle arthroscopic view, and an operating surgeon can select the ROI position without any assistants. We propose to use a surgical instrument itself for the selection of ROI position. For that purpose, a camera was affixed to the surgical instrument, and rotational movement of the instrument was analyzed by image processing. AKAZE algorithm was utilized for a feature extraction, and essential matrix acquired from matched features was decomposed into rotation angle. We test-ed a resolution of ROI selection which satisfied the accuracy up to 48 (6x8) division regions (quantitative as-sessment) and obtained the surgeon’s feedback that the interface facilitated the solo surgery (qualitative as-sessment). This study shows a new approach to evaluate the usefulness of wide-angle view in surgical situation using a motion analysis system, and the ROI selection interface is expected to have a great significance for future clinical use of a wide-angle endoscopic system. ⓒ 2015 DGIST en_US
dc.description.tableofcontents I. INTRODUCTION 1 --
1.1 Demands for wider field-of-view in arthroscopy 1 --
1.2 Usability evaluation of wide-angle-arthroscope 2 --
1.3 Region of interest selection interface for wide-angle arthroscope 3 --
II. USABILITY EVALUATION OF WIDE-ANGLE ARTHROSCOPE 5 --
2.1 Wide-angle and conventional arthroscopes 5 --
2.2 Subject and simulation tasks 5 --
2.3 Experimental setting 7 --
2.4 Statistical Analysis 7 --
III. ROI INTERFACE FOR WIDE-ANGLE ARTHROSCOPE 9 --
3.1 Region-of-interest selection interface 9 --
3.2 Relation between DOF of a surgical instrument and ROI movements 11 --
3.3 Feature extraction and matching algorithm 12 --
3.4 Essential matrix decomposition for finding camera rotation 14 --
3.5 ROI selection experiment 15 --
3.5.1 Resolution test of ROI selection 15 --
3.5.2 Phantom test 15 --
IV. RESULTS 17 --
4.1 Comparison of work performance between conventional and wide-angle arthroscope 17 --
4.2 Resolution test of ROI Selection and phantom test 18 --
V. DISCUSSION AND CONCLUSIONS 20
-
dc.format.extent 24 -
dc.language.iso en en_US
dc.publisher DGIST en_US
dc.subject Wide-Angle Arthroscope en_US
dc.subject Motion Analysis System en_US
dc.subject Region of Interest (ROI) Selection Interface en_US
dc.title Usability Evaluation of Wide-Angle Arthroscope and Development of Region of Interest Selection Interface en_US
dc.title.alternative 광각 관절경의 유용성 평가와 관심영역 선택 인터페이스 개발 -
dc.type Thesis en_US
dc.identifier.doi 10.22677/thesis.2066328 -
dc.description.alternativeAbstract 본 연구에서는 기존 관절경과의 비교를 통하여 광각 관절경의 유용성을 평가하였고, 보조의사의 도움 없이 수술자의 솔로 수술을 실현케 하는 광각 관절경을 위한 관심영역 선택 인터페이스를 제안하였다. 광각 관절경의 유용성은 관절경 수술 경험이 없는 총 12명의 실험참가자들이 시야각 150도의 광각 관절경과 시야각 105도의 기존 관절경을 번갈아 사용하여 어깨 팬텀 모형 환경에서 모의 관절경술을 시행할 때, 움직임 분석 시스템을 사용하여 실험 참가자의 관절경 조작 능숙도 비교를 통해 평가되었다. 능숙도 비교를 위해서 (1) 수술 시간, (2) 관절경 조작의 총 거리, (3) 관절경 조작의 유효횟수, (4) 관절경 조작의 평균 가속도, 총 4 개의 지표를 평가기준으로 삼았다. 비교실험 결과, 광각 관절경을 사용한 경우가 기존 관절경을 사용한 경우보다 관절경 조작 거리, 조작 횟수, 조작의 평균 가속도 값이 더 낮음을 보였고, 통계적으로 유의성을 확인 하였다. 광각 이미지는 넓은 시야를 확보 할 수 있지만, 관심영역의 이미지는 작아지게 된다. 따라서, 광각의 이미지와 관심영역이 두 배 확대된 이미지를 동시에 보여주면서, 관심영역 선택 및 확대 기능을 조수의 도움 없이 수술자가 직접 다룰 수 있는 관심영역 선택 인터페이스를 개발하였다. 이는 수술도구를 양손에 든 의사가 관심영역을 선택하기 위해서, 수술도구를 사용하여 관심영역을 선택하는 방법으로, 수술도구의 방향인지를 위해서 카메라를 부착하여 영상처리를 통해 수술도구의 회전 정보를 얻었다. AKAZE알고리즘을 사용하여 카메라의 이미지 속에서 특징점들을 추출하였고, 수술도구의 움직임으로 인해 발생하는 연속의 이미지들 속에서 특징점들을 매칭하여 Essential matrix를 획득하였다. Es-sential matrix를 분해하여 카메라의 각도변화를 획득하였으며, 각도에 상수를 곱하여 관심영역의 움직임 정도를 조절하였다. 관심영역 선택의 정밀도 테스트를 통해서 최대 48 개의 분할 영역을 선택할 수 있는 정확도를 정량적으로 확인 하였고, 팬텀 실험을 통해서 의사의 피드백(정성적 평가)을 얻었다. 본 연구는 수술시간 비교를 통해서 광각의 효과를 확인해 왔던 이전 연구들과는 달리, 움직임 분석 시스템을 사용하여 사용자들이 광각 관절경과 기존의 관절경을 사용할 때의 움직임을 분석하여 4개의 평가지표결과를 통해서 광각의 유용성을 확인하였다. 이는 광각 이미지가 수술환경에 미치는 효과를 새로운 접근법으로 확인한 연구다. 또한 관심영역 선택 인터페이스는 광각의 이미지를 수술환경 및 상황에 맞게 사용할 수 있도록 도와주는 시스템으로, 다양한 임상에서 사용될 미래의 광각 내시경 시스템 발전에 중요한 첫 발걸음이 될 것으로 기대된다. ⓒ 2015 DGIST -
dc.description.degree Master -
dc.contributor.department Robotics Engineering -
dc.contributor.coadvisor Joung, Sang Hyun -
dc.date.awarded 2015. 8 -
dc.publisher.location Daegu -
dc.description.database dCollection -
dc.contributor.alternativeDepartment 대학원 로봇공학전공 -
dc.contributor.affiliatedAuthor Jung, Kyung Hwa -
dc.contributor.affiliatedAuthor Hong, Jae Sung -
dc.contributor.alternativeName 정경화 -
dc.contributor.alternativeName 홍재성 -
dc.contributor.alternativeName 정상현 -
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Department of Robotics and Mechatronics Engineering Theses Master

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