1CLINIC Oral Maxillofacial Surgery (HEAD." Prof. DR R. Ewers)

Die exponentielle Zunahme des Informationsflusses in der Medizin verlangt nach neuen Methoden zur Visualisierung patientenbezogener Informationen und Verbreitung von medizinischem Wissen in Diagnose und Therapie. Visualisierung in diesem Sinn beinhaltet die Darstellung medizinischer Bilddaten und bildgeführter stereotaktischer Navigation genauso wie den Rat eines Experten. Das Artma-Virtual-Patient-System ermöglicht einem sich in räumlicher Entfernung befindenden Experten Operationen via Internet mitzuverfolgen und mit Hilfe eines Remote-Computers die interoperative Visualisierung interaktiv zu modifizieren. Der Experte erhält die Planungsdaten nahezu in Echtzeit mittels TCP/IP von einem stereotaktischen Operationsvideoserver. Zusätzlich werden stereotaktische Navigationsdaten als Rigid-body-Koordinaten über das Netzwerk übertragen. Der Experte modifiziert die chirurgische Simulation am Remote-Computer, und der modifizierte Operationsplan wird in den Operationssaal zurückgeschickt. Durch die Telekonsultation können verschiedenartige Bilddaten und überlagerte Graphiken – Instrumente, Zielstrukturen, Landmarken, Konturen – in durch Internet verbundenen Kliniken dargestellt werden, wodurch interaktiv graphische Hilfe angeboten werden kann. Mit Hilfe dieser Bildfusionierungstechnologie werden das nicht vor Ort verfügbare Expertenwissen in virtuelle Datenstrukturen eingebunden und durch Überlagerung mit Livevideo Daten in Echtzeit während der Operation visualisiert. The exponential increase of medical information creates a need for new methods in the visualization of medical imaging modalities for diagnosis and therapy. In this sense, visualization includes the display of medical image data and image-guided stereotaxic navigation as well as the advice of an expert. The Artma Virtual Patient® System enables a remote expert to observe the surgical procedure via the Internet and interactively modify the interoperative visualization from the remote location. The expert in the remote location receives the planning data almost in real time over TCP/IP from a stereotaxic videoserver. In addition to live video streaming, stereotaxic navigation data are sent over the network as rigid body coordinates. The expert modifies the surgical simulation on the remote computer and the modified operating plan is sent back to the operating site. By teleconsulting, the composite images and overlapping graphics –instruments, target structures, landmarks, contour – can be seen in affiliated clinics with the possibility of interactive graphical assistance. With this image fusion technology the knowledge of a remote expert is included in virtual data structures and visualized by the overlay with live video data (augmented reality) in real time during surgery.

We present the design and the results achieved in the development of a hybrid magneto-optic tracking system suitable for computer aided surgery. Our approach towards a reliable and accurate hybrid position sensor system that is not entirely dependent on an unobstructed line-of-sight between sensor assembly and patient is the combined use of an optical tracker with a direct current (DC) pulsed electromagnetic tracking system (EMTS). The proposed hybridization method aims at providing both accurate and uninterrupted position data by overcoming the drawbacks of both tracking technologies. Results presented include the preliminary assessment of algorithms for fusion of position data from both sensor systems, for calibrating the EMTS to the environment and for detecting systematic distortions in the DC tracking system caused by ferromagnetic materials in order to improve the reliability of the proposed system.

In computer aided maxillofacial surgery we have shown the feasibility of computer navigation assistance for a wide variety of indications. Additional data of various imaging sources superimposed during operation with live video from the operating field provide help and useful information even for the experienced surgeon. Rather than the simple identification of target structures in a CT our goal is the intraoperative visualization of complex presurgical simulations of osteotomies of the midface. Because of the interdisciplinary nature the expert needed is not necessarily the surgeon. We present a system (Artma Virtual Patient) that enables a remote expert to observe the surgical procedure via the Internet and interactively modify the intraoperative visualization from his remote location. First results are presented and a live transmission of Stereotactic and video data is established to the conference site.

Grundlagen Die Technik der „virtuellen Realität” ermöglicht die intraoperative schematische Darstellung von anatomischen und pathologischen Strukturen, von chirurgischen Instrumenten und Implantaten in der Datenbrille des Operateurs. Methodik Ein computergestütztes Operationssystem dient der Analyse von digitalisierten radiologischen Daten, der Generierung von Graphiken, die mit diesen Bildern in Überlagerung gebracht werden, und der Visualisierung des gewonnenen Informationskomplexes. Ergebnisse Durch die Navigationshilfestellung kann der Chirurg die Dauer des Eingriffes verkürzen, dessen Präzision erhöhen und die Invasivität minimieren. Schlußlgerungen Der intraoperative Einsatz von computerisierten, bildgestützten Navigationshilfen ist seit langem in der Neurochirurgie bewährt. Die Eingliederung der „Virtual reality”-Technologie eröffnet neue Dimensionen für die minimal invasive Chirurgie im Kopf-Halsbereich. Background The “virtual reality” technology allows intraoperative schematic visualization of anatomic and pathologic structures, surgical instruments and implants in the surgeon's head-up display. Methods A computer-based operation system analyzes digitalized radiologic data, generates graphics, which are superimposed on the images, and visualizes the generated information. Results With navigation assistance, the surgeon can shorten the time, improve the precision and minimize the invasivity of the procedure. Conclusions The intraoperative use of computerized imageguided navigation systems has proved successful in neurosurgery. The introduction of the “virtual reality” technology opens new dimensions for minimally invasive procedures in the head and neck area

  Zusammenfassung Die exponentielle Zunahme des Informationsflusses in der Medizin verlangt nach neuen Methoden zur Visualisierung patientenbezogener Informationen und Verbreitung von medizinischem Wissen in Diagnose und Therapie. Visualisierung in diesem Sinn beinhaltet die Darstellung medizinischer Bilddaten und bildgeführter stereotaktischer Navigation genauso wie den Rat eines Experten. Das Artma-Virtual-Patient-System ermöglicht einem sich in räumlicher Entfernung befindenden Experten Operationen via Internet mitzuverfolgen und mit Hilfe eines Remote-Computers die interoperative Visualisierung interaktiv zu modifizieren. Der Experte erhält die Planungsdaten nahezu in Echtzeit mittels TCP/IP von einem stereotaktischen Operationsvideoserver. Zusätzlich werden stereotaktische Navigationsdaten als Rigid-body-Koordinaten über das Netzwerk übertragen. Der Experte modifiziert die chirurgische Simulation am Remote-Computer, und der modifizierte Operationsplan wird in den Operationssaal zurückgeschickt. Durch die Telekonsultation können verschiedenartige Bilddaten und überlagerte Graphiken – Instrumente, Zielstrukturen, Landmarken, Konturen – in durch Internet verbundenen Kliniken dargestellt werden, wodurch interaktiv graphische Hilfe angeboten werden kann. Mit Hilfe dieser Bildfusionierungstechnologie werden das nicht vor Ort verfügbare Expertenwissen in virtuelle Datenstrukturen eingebunden und durch Überlagerung mit Livevideo Daten in Echtzeit während der Operation visualisiert.

We present a new visualization system for image-guided stereotactic navigation in tumor surgery. The combination of frameless stereotactic localization technology with real-time video processing permits the visualization of medical imaging data as a video overlay during the actual surgical procedure. Virtual computer-generated anatomical structures are displayed intraoperatively in a semi-immersive head-up display. This results in surgical navigation assistance without limiting the judgement of the physician based on the continuous observation of the operating field. The case presented documents the potential of augmented reality visualization concepts in tumor surgery of the head.

Die exponentielle Zunahme des Informationsflusses in der Medizin verlangt nach neuen Methoden zur Visualisierung patientenbezogener Informationen und Verbreitung von medizinischem Wissen in Diagnose und Therapie. Visualisierung in diesem Sinn beinhaltet die Darstellung medizinischer Bilddaten und bildgeführter stereotaktischer Navigation genauso wie den Rat eines Experten. Das Artma-Virtual-Patient-System ermöglicht einem sich in räumlicher Entfernung befindenden Experten Operationen via Internet mitzuverfolgen und mit Hilfe eines Remote-Computers die interoperative Visualisierung interaktiv zu modifizieren. Der Experte erhält die Planungsdaten nahezu in Echtzeit mittels TCP/IP von einem stereotaktischen Operationsvideoserver. Zusätzlich werden stereotaktische Navigationsdaten als Rigid-body-Koordinaten über das Netzwerk übertragen. Der Experte modifiziert die chirurgische Simulation am Remote-Computer, und der modifizierte Operationsplan wird in den Operationssaal zurückgeschickt. Durch die Telekonsultation können verschiedenartige Bilddaten und überlagerte Graphiken – Instrumente, Zielstrukturen, Landmarken, Konturen – in durch Internet verbundenen Kliniken dargestellt werden, wodurch interaktiv graphische Hilfe angeboten werden kann. Mit Hilfe dieser Bildfusionierungstechnologie werden das nicht vor Ort verfügbare Expertenwissen in virtuelle Datenstrukturen eingebunden und durch Überlagerung mit Livevideo Daten in Echtzeit während der Operation visualisiert. The exponential increase of medical information creates a need for new methods in the visualization of medical imaging modalities for diagnosis and therapy. In this sense, visualization includes the display of medical image data and image-guided stereotaxic navigation as well as the advice of an expert. The Artma Virtual Patient® System enables a remote expert to observe the surgical procedure via the Internet and interactively modify the interoperative visualization from the remote location. The expert in the remote location receives the planning data almost in real time over TCP/IP from a stereotaxic videoserver. In addition to live video streaming, stereotaxic navigation data are sent over the network as rigid body coordinates. The expert modifies the surgical simulation on the remote computer and the modified operating plan is sent back to the operating site. By teleconsulting, the composite images and overlapping graphics –instruments, target structures, landmarks, contour – can be seen in affiliated clinics with the possibility of interactive graphical assistance. With this image fusion technology the knowledge of a remote expert is included in virtual data structures and visualized by the overlay with live video data (augmented reality) in real time during surgery.

The objective of this study was to evaluate the clinical value and feasibility of surgical telenavigation and teleassistance technology in the field of craniomaxillofacial surgery. The technology is based on the principles of augmented reality environment technology and remote stereotactic visualization. A consultant surgeon in a remote location receives video, audio, and stereotactic navigation data from the operation site almost in real-time and, using a head-mounted display, is emerged in the surgical augmented reality environment. By telepresence or teleconsultation, the composite images and superimposed graphics (instruments, target structures, landmarks, contours) can be seen and discussed in connected clinics with the possibility of interactive manipulation and assistance. Interactive teleassistance was used in 27 cases of various types craniomaxillofacial surgery. The principles of computer-aided telenavigation were applied successfully. Technical problems in 6 cases did not cause a breakdown of overall system performance. Teleconsultation with remote experts is a useful tool, although some shortcomings exist. The financial and personal effort involved is considerable.

Grundlagen Die Technik der „virtuellen Realität” ermöglicht die intraoperative schematische Darstellung von anatomischen und pathologischen Strukturen, von chirurgischen Instrumenten und Implantaten in der Datenbrille des Operateurs. Methodik Ein computergestütztes Operationssystem dient der Analyse von digitalisierten radiologischen Daten, der Generierung von Graphiken, die mit diesen Bildern in Überlagerung gebracht werden, und der Visualisierung des gewonnenen Informationskomplexes. Ergebnisse Durch die Navigationshilfestellung kann der Chirurg die Dauer des Eingriffes verkürzen, dessen Präzision erhöhen und die Invasivität minimieren. Schlußlgerungen Der intraoperative Einsatz von computerisierten, bildgestützten Navigationshilfen ist seit langem in der Neurochirurgie bewährt. Die Eingliederung der „Virtual reality”-Technologie eröffnet neue Dimensionen für die minimal invasive Chirurgie im Kopf-Halsbereich. Background The “virtual reality” technology allows intraoperative schematic visualization of anatomic and pathologic structures, surgical instruments and implants in the surgeon's head-up display. Methods A computer-based operation system analyzes digitalized radiologic data, generates graphics, which are superimposed on the images, and visualizes the generated information. Results With navigation assistance, the surgeon can shorten the time, improve the precision and minimize the invasivity of the procedure. Conclusions The intraoperative use of computerized imageguided navigation systems has proved successful in neurosurgery. The introduction of the “virtual reality” technology opens new dimensions for minimally invasive procedures in the head and neck area

This paper presents an appropriate approach for the robust estimation of the noise statistics in dental panoramic X-ray images. To achieve maximum image quality after denoising, a semi-empirical scatter model is presented, leading to a local adaptive Gaussian scale mixture (GSM) model. State of the art methods use multiscale filtering of images to reduce the irrelevant part of information, based on generic estimation of noise. The usual assumption of a distribution of Gaussian and Poisson statistics only leads to overestimation of the noise variance in regions of low intensity (small photon counts), but to underestimation in regions of high intensity and therefore to non-optimal results. The analysis approach is tested on a database of 50 panoramic X-ray images and the results are cross-validated by medical experts. It is shown that the local standard deviation (SDEV) in images, stemming from homogeneous phantoms (AI, PMMA), follows a generalized Nakagami distribution (GND). The heavily tailed distribution is not covered entirely by the GND. The error density function, is hypothesized to stem from scatter-glare, degrading the image. A beam stop method, for estimation of the scatter-glare amount, verifies that hypothesis. Finally, the application of the method for a phantom image, is shown with denoising results for comparison purpose, followed by the conclusion