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3차원 의료영상에 기반한 인공고관절 모의시술 시스템 개발 및 새로운 정합도 측정 방법에 관한 연구
A New Fitness Index for Simulated Implantation System of Artificial Hip Joint based on 3D Medical Images 원문보기

의공학회지 = Journal of biomedical engineering research, v.21 no.2, 2000년, pp.201 - 212  

김용호 (성균관대학교 전기전자 및 컴퓨터공학부) ,  김중규 (성균관대학교 전기전자 및 컴퓨터공학부) ,  최귀원 (한국과학기술원 의과학연구센터)

초록
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본 논문에서는 인공고관절과 환자의 고관절 부위를 각각 3차원 영상화한 후에 이들의 정합도 (fitness)를 측정하여 수치적인 정보로 제공함으로써 환자의 체형에 적합한 인공고관절을 선택하고, 더 나아가 정확한 시술방향과 시술깊이를 제공할 수 있는 모의시술시스템을 제시하였다. 이를 위해 region growing 기법등을 이용하여 환자의 CT 영상을 3차원화하고, 또한 인공고관절을 projection 기법 등을 통해 3차원 영상화하였으며, 지금까지 인공고관절 정합도 측정에 사용했던 단순한 단면적 비교방식과는 달리 삽입의 균일성도 가늠할 수 있는 새로운 정합도 측정 방식을 고안하여 적용하였다. 다양한 실험과 분석을 통하여 새로 제안한 정합도 측정 방법의 정확성과 우수함을 확인할 수 있었으며, 본 논문에서 제시하는 모의 시술시스템은 향후 정형외과 분야에서 인공무릎과 같은 다른 영역에서의 시술 보조 시스템으로도 응용될 수 있을 뿐만 아니라, 인공관절의 국산화 및 주문제작 등에성도 많은 활용을 할 수 있을 것으로 기대된다.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 것은 당연한 이치라 하겠다. 따라서 본 논문에서는 면적만을 이용하는 기존의 정합도 측정 방식의 단점을 보완하기 위하여 고관절과 인공고관절 사이의 거리의 분산값을 적용한 새로운 정합도 측정 방법을 제안하였다. 새로운 정합도 계산식은 아래와 같다.
  • Surface rendering을 하기 위해서 경계의 모든 점들이 필요하지는 않으며, 또한 3D modoling을 위해서는 같은 방향으로 정렬된 일정한 개수의 points가 필요하게 된다. 따라서 본 논문에서는 이러한 data 를 얻기 위해서 boundary folio -wing과 sampling을 수행하였다.
  • 본 논문에서는 인공고관절의 3차원 모의시술을 위한 인공 고관절과 CT 영상의 3차원 합성과 새로운 정합도 측정 방법을 제시하였다. 본 연구 결과는 인공고관절 시술에 앞서 정합도 측정을 통하여 환자에게 가장 적합한 인공고관절을 선택하고 아울러 최적의 시술 방향과 깊이를 찾기 위한 모의 시술시스템에 적용할 수 있을 것이다.
  • 이러한 변화를 수동으로 설정해주면 상당한 시간이 소요된다. 본 연구에서는 이러한 작업을 자동으로 해주기 위해서 물체에 기준점과 기준 간격을 설정하였다. 기준점을 인공 고관절의 맨 위로 잡았으며 이를 좌표계 의 원점으로 이용하였다.
  • 그러나 대부분 X-ray 영상을 보고, 의사가 개인적인 경험을 토대로 인공관절을 선택하기 때문에 시술의 정확성이 저하될 가능성이 크다 하겠다. 본 연구의 목적은 인공관절 중 인공고관절의 이식에 있어서 모의 시술을 통하여 적합한 인공고관절을 선택하고 아울러 정합도 측정을 통하여 정확한 시술 위치를 찾을 수 있도록 하기 위한 Simulated Implantation System(SIS)을 개발하는 데 있다.
  • 그림 20의 결과에 의하면 정합도가 시술 깊이에 따라 단조증가 하는 모습을 볼 수 있는데, 이는 깊이가 증가할수록 고관절과 인공고관절 간의 단면적 비가 증가함에 따른 것으로써 쉽게 예측할 수 있는 결과이다. 이번에는 일정한 깊이에서 의회 전각의 변화에 따른 정합도 변이를 알아보았다. 그 결과가 그림 21에 나타나 있는데 회전각에 따른 정합도의 차이는 거의 없는 것을 볼 수 있다.
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