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<dcvalue element="contributor" qualifier="author">Cho,&#x20;Hyunchul</dcvalue>
<dcvalue element="contributor" qualifier="author">Kim,&#x20;Youngjun</dcvalue>
<dcvalue element="contributor" qualifier="author">Kim,&#x20;Laehyun</dcvalue>
<dcvalue element="contributor" qualifier="author">Lee,&#x20;Deukhee</dcvalue>
<dcvalue element="contributor" qualifier="author">Noh,&#x20;Gunwoo</dcvalue>
<dcvalue element="date" qualifier="accessioned">2024-01-20T00:34:02Z</dcvalue>
<dcvalue element="date" qualifier="available">2024-01-20T00:34:02Z</dcvalue>
<dcvalue element="date" qualifier="created">2021-09-05</dcvalue>
<dcvalue element="date" qualifier="issued">2017-09</dcvalue>
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<dcvalue element="identifier" qualifier="uri">https:&#x2F;&#x2F;pubs.kist.re.kr&#x2F;handle&#x2F;201004&#x2F;122351</dcvalue>
<dcvalue element="description" qualifier="abstract">Image-based&#x20;surgical&#x20;techniques&#x20;can&#x20;support&#x20;minimally&#x20;invasive&#x20;keyhole&#x20;neurosurgery&#x20;through&#x20;the&#x20;segmentation&#x20;of&#x20;computed&#x20;tomography&#x20;or&#x20;magnetic&#x20;resonance&#x20;imaging,&#x20;optimal&#x20;surgical&#x20;planning,&#x20;and&#x20;surgical&#x20;guidance.&#x20;Keyhole&#x20;neurosurgery&#x20;requires&#x20;automatic&#x20;surgical&#x20;planning&#x20;and&#x20;accuracy&#x20;guidance&#x20;for&#x20;a&#x20;target&#x20;of&#x20;the&#x20;non-invasive&#x20;or&#x20;minimally&#x20;invasive&#x20;treatment&#x20;of&#x20;an&#x20;anatomical&#x20;structure.&#x20;For&#x20;supporting&#x20;these&#x20;requirements,&#x20;we&#x20;propose&#x20;a&#x20;markerless&#x20;surgical&#x20;robotic&#x20;guidance&#x20;system&#x20;for&#x20;keyhole&#x20;neurosurgery.&#x20;Our&#x20;proposed&#x20;robotic&#x20;system&#x20;consists&#x20;of&#x20;a&#x20;six-degree&#x20;of&#x20;freedom&#x20;(DoF)&#x20;robotic&#x20;arm,&#x20;a&#x20;needle&#x20;guidance&#x20;device,&#x20;a&#x20;mobile&#x20;cart,&#x20;a&#x20;control&#x20;workstation,&#x20;and&#x20;a&#x20;3D&#x20;surface&#x20;scanner.&#x20;A&#x20;3D&#x20;surface&#x20;scanner&#x20;is&#x20;used&#x20;for&#x20;markerless&#x20;registration&#x20;between&#x20;a&#x20;preoperative&#x20;reference&#x20;image&#x20;and&#x20;a&#x20;patient&amp;apos;s&#x20;face&#x20;in&#x20;the&#x20;operating&#x20;room.&#x20;This&#x20;system&#x20;configuration&#x20;has&#x20;merits&#x20;of&#x20;minimally&#x20;invasive&#x20;surgery.&#x20;Traditional&#x20;frame-based&#x20;registration&#x20;requires&#x20;a&#x20;stereotactic&#x20;frame&#x20;onto&#x20;the&#x20;patient&amp;apos;s&#x20;head.&#x20;Also,&#x20;it&#x20;requires&#x20;an&#x20;additional&#x20;CT&#x2F;MRI&#x20;scanning&#x20;to&#x20;identify&#x20;the&#x20;coordinate&#x20;system&#x20;of&#x20;the&#x20;frame.&#x20;However,&#x20;the&#x20;proposed&#x20;markerless&#x20;system&#x20;can&#x20;register&#x20;without&#x20;an&#x20;additional&#x20;CT&#x20;scan&#x20;by&#x20;using&#x20;a&#x20;surface&#x20;scanner.&#x20;First,&#x20;we&#x20;show&#x20;the&#x20;system&#x20;configuration&#x20;to&#x20;perform&#x20;robotic-assisted&#x20;surgery&#x20;precisely.&#x20;Next,&#x20;we&#x20;analyze&#x20;subcomponents&#x20;and&#x20;calibrations&#x20;such&#x20;as&#x20;the&#x20;repeatability&#x20;of&#x20;the&#x20;robotic&#x20;arm,&#x20;hand-tool&#x20;calibration&#x20;error&#x20;for&#x20;the&#x20;relationship&#x20;between&#x20;needle&#x20;guidance&#x20;device&#x20;and&#x20;flange&#x20;of&#x20;the&#x20;robotic&#x20;arm,&#x20;3D&#x20;scanning&#x20;accuracy&#x20;of&#x20;the&#x20;surface&#x20;scanner,&#x20;and&#x20;hand-eye&#x20;calibration&#x20;error&#x20;for&#x20;the&#x20;relationship&#x20;between&#x20;the&#x20;surface&#x20;scanner&#x20;and&#x20;the&#x20;flange&#x20;of&#x20;the&#x20;robotic&#x20;arm.&#x20;After&#x20;calibrating&#x20;each&#x20;component&#x20;of&#x20;proposed&#x20;system,&#x20;the&#x20;system&#x20;accuracy&#x20;is&#x20;affected&#x20;by&#x20;the&#x20;propagation&#x20;of&#x20;small&#x20;errors.&#x20;We&#x20;sampled&#x20;15&#x20;paths&#x20;located&#x20;in&#x20;the&#x20;working&#x20;space&#x20;to&#x20;check&#x20;and&#x20;compensate&#x20;the&#x20;residual&#x20;transformation.&#x20;We&#x20;also&#x20;test&#x20;the&#x20;total&#x20;system&#x20;accuracy&#x20;with&#x20;a&#x20;phantom&#x20;model;&#x20;the&#x20;proposed&#x20;system&#x20;allows&#x20;us&#x20;to&#x20;obtain&#x20;translation&#x20;error&#x20;(0.75&#x20;+&#x2F;-&#x20;0.38&#x20;mm)&#x20;and&#x20;rotation&#x20;error&#x20;(0.85&#x20;+&#x2F;-&#x20;0.16)&#x20;as&#x20;a&#x20;residual&#x20;median&#x20;error,&#x20;which&#x20;satisfies&#x20;a&#x20;surgical&#x20;requirement&#x20;(&lt;&#x20;1&#x20;mm).&#x20;With&#x20;placements&#x20;of&#x20;medical&#x20;devices&#x20;to&#x20;the&#x20;planned&#x20;pathway,&#x20;it&#x20;is&#x20;crucial&#x20;to&#x20;automatically&#x20;calculate&#x20;a&#x20;surgical&#x20;path&#x20;for&#x20;keyhole&#x20;neurosurgery.&#x20;Thus,&#x20;we&#x20;proposed&#x20;a&#x20;path-planning&#x20;algorithm&#x20;that&#x20;can&#x20;support&#x20;surgical&#x20;decision-making&#x20;process&#x20;for&#x20;keyhole&#x20;neurosurgery.&#x20;In&#x20;the&#x20;proposed&#x20;algorithm,&#x20;a&#x20;possible&#x20;trajectory&#x20;is&#x20;defined&#x20;by&#x20;a&#x20;pair&#x20;of&#x20;a&#x20;possible&#x20;entry&#x20;point&#x20;on&#x20;skull&#x20;surface&#x20;and&#x20;a&#x20;target&#x20;point&#x20;inside&#x20;of&#x20;target&#x20;region.&#x20;Then,&#x20;the&#x20;surgical&#x20;paths&#x20;are&#x20;evaluated&#x20;to&#x20;satisfy&#x20;the&#x20;surgical&#x20;rules&#x20;such&#x20;as&#x20;the&#x20;avoidance&#x20;of&#x20;vital&#x20;organs,&#x20;the&#x20;maximization&#x20;of&#x20;the&#x20;coverage&#x20;of&#x20;the&#x20;target&#x20;volume,&#x20;and&#x20;orthogonal&#x20;insertion&#x20;into&#x20;the&#x20;scalp&#x20;surface.</dcvalue>
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<dcvalue element="identifier" qualifier="bibliographicCitation">JOURNAL&#x20;OF&#x20;ADVANCED&#x20;MECHANICAL&#x20;DESIGN&#x20;SYSTEMS&#x20;AND&#x20;MANUFACTURING,&#x20;v.11,&#x20;no.4</dcvalue>
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