강병훈
(Kunkook University Internet Media)
,
김지숙
(Toronto University Computer Science)
,
김한웅
(Hankyong National University Electric, Electronic & Control Engineering)
시간, 공간, 금전적인 문제 때문에 실습이 쉽지 않은 학문들이 있다. 특히 의료교육은 장소와 시간의 제약이 특히 심하며 cadaver(카드버:인체해부 실습용 시체)를 통해 이루어지기 때문에 어려움이 많다. 그 대안으로 다양한 가상 수술방법이 존재하지만 장비가 고가이거나 구하기 쉽지 않기 때문에 어려운 문제가 발생한다. 이러한 문제점의 해결 방법으로 3D-Virtual Reality(3D가상현실)를 활용하여 실제와 유사한 환경을 제공하고자 한다. 일반적으로 컴퓨터의 Interface(인터페이스)로 키보드와 마우스를 사용하지 않고 Oculus Rift(오큘러스 리프트)와 Leap Motion(립 모션)를 사용함으로써 더욱더 현실감을 느낄 수 있어 실습교육비용을 절감함으로써 실습교육에 대한 효과를 극대화 할 수 있다. 본 논문에서는 두개의 Device(디바이스)인 Oculus Rift(오큘러스 리프트)와 Leap Motion(립 모션)를 이용하여 3D가상 수술 시스템을 구축하고 실습할 수 있는 제안으로 의료교육인 수술교육에 대치하여 효율성을 높이는 방식을 제안하였고, 이는, 다른 Simulation(시뮬레이션)이 활용 가능한 학문분야에 까지 확장할 수 있을 것으로 사려된다.
시간, 공간, 금전적인 문제 때문에 실습이 쉽지 않은 학문들이 있다. 특히 의료교육은 장소와 시간의 제약이 특히 심하며 cadaver(카드버:인체해부 실습용 시체)를 통해 이루어지기 때문에 어려움이 많다. 그 대안으로 다양한 가상 수술방법이 존재하지만 장비가 고가이거나 구하기 쉽지 않기 때문에 어려운 문제가 발생한다. 이러한 문제점의 해결 방법으로 3D-Virtual Reality(3D가상현실)를 활용하여 실제와 유사한 환경을 제공하고자 한다. 일반적으로 컴퓨터의 Interface(인터페이스)로 키보드와 마우스를 사용하지 않고 Oculus Rift(오큘러스 리프트)와 Leap Motion(립 모션)를 사용함으로써 더욱더 현실감을 느낄 수 있어 실습교육비용을 절감함으로써 실습교육에 대한 효과를 극대화 할 수 있다. 본 논문에서는 두개의 Device(디바이스)인 Oculus Rift(오큘러스 리프트)와 Leap Motion(립 모션)를 이용하여 3D가상 수술 시스템을 구축하고 실습할 수 있는 제안으로 의료교육인 수술교육에 대치하여 효율성을 높이는 방식을 제안하였고, 이는, 다른 Simulation(시뮬레이션)이 활용 가능한 학문분야에 까지 확장할 수 있을 것으로 사려된다.
Some studies require sufficient amount of time, spaces, and financial condition for practical exercises and training. In particular for the Medical education, time and space limitation is very high and difficulties occurs, since the practices are done with cadavers (deceased human body). Many altern...
Some studies require sufficient amount of time, spaces, and financial condition for practical exercises and training. In particular for the Medical education, time and space limitation is very high and difficulties occurs, since the practices are done with cadavers (deceased human body). Many alternate 3D Virtual surgery training system exist currently, however the burdensome of obtaining those costly equipments is problematic. Providing the surgical environment as similar to real as possible using 3D Virtual Reality can be a solution to current problems. The effectiveness of training could be maximized with minimized costs without the general interfaces such as keyboard and mouse, but with Oculus Rift and Leap Motion. This paper will develop and practice the 3D Virtual Operation System with two devices to investigate the possibility and expand to other Simulation fields.
Some studies require sufficient amount of time, spaces, and financial condition for practical exercises and training. In particular for the Medical education, time and space limitation is very high and difficulties occurs, since the practices are done with cadavers (deceased human body). Many alternate 3D Virtual surgery training system exist currently, however the burdensome of obtaining those costly equipments is problematic. Providing the surgical environment as similar to real as possible using 3D Virtual Reality can be a solution to current problems. The effectiveness of training could be maximized with minimized costs without the general interfaces such as keyboard and mouse, but with Oculus Rift and Leap Motion. This paper will develop and practice the 3D Virtual Operation System with two devices to investigate the possibility and expand to other Simulation fields.
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문제 정의
본 논문에서는 Oculus Rift와 Leap Motion만으로 의료에서 가장 기본이 되는Incision(절개)인 수술교육을 구현하여 가상 수술 교육 시스템의 새로운 방향인 가상 입체방식을 활용한 수술교육시스템을 제시하고자 한다.
본 논문에서는 오큘러스 리프트와 립 모션을 이용하여 가상 수술 교육용 시스템을 제안하였다. 오큘러스 리프트를 통한 360도 View와 립 모션장치를 통한 손동작 인식기술을 이용한 가상 수술 교육용 시뮬레이션 시스템은 기존의 가상 수술 시스템보다 더 간략하고 가상현실 방식을 통한 환경을 제공하였고 수술 교육 시뮬레이션 결과 교육의 효과를 극대화 할 수 있다는 결론을 얻을 수 있었다.
가설 설정
수술용 나이프가 얼마나 깊이 박혀 있는지는 벡터의 내적을 이용하여 계산한다. 이때 환자가 x, y 평면에 평행하게 누워있다고 가정한다.
제안 방법
궤적의 색은 위에서 측정한 깊이 값에 따라 색이 변하게 하여 쉽게 깊이를 쉽게 파악할 수 있도록 하였다. 이동 궤적의 색은 수술용 나이프를 깊게 찌를수록 색의 명도를 낮게 표현하고 얕게 찌를수록 명도를 높게 표현하였다.
본 논문의 수술교육용 시뮬레이션에서는 두가지의 디바이스를 통한 가상 수술 교육용시뮬레이션의 가능성을 확인해보기 위함이 목적이기 때문에 흉부만을 실습하였고, 표피->진피->지방을 한번에 절개할 수 있도록 하였다.
수술용 나이프가 얼마나 깊이 박혀 있는지 알아내기 위해서 환자의 칼날 끝의 점과 충돌된 매시 좌표의 벡터 차를 구한다.
수술용 나이프가 얼마나 깊이 박혀 있는지는 벡터의 내적을 이용하여 계산한다. 이때 환자가 x, y 평면에 평행하게 누워있다고 가정한다.
수술용 나이프로 찌르는 상황에 따라 분출되는 혈액의 양을 다르게 하고 물리엔진을 사용하여 몸을 따라 흐르는 듯한 느낌을 줘서 좀 더 시각적인 몰임감을 느낌 수 있도록 (그림 7)과 같이 나이프 시뮬레이션하였다.
본 시스템의 전체적인 구성은 (그림 3)과 같다. 오큘러스 리프트와 립 모션에서 실시간으로 좌표를 분석한 후 3D로 수술을 시뮬레이션 할 수 있도록 구성하였다.
대상 데이터
가상 수술 장면은 오큘러스 리프트의 헤드 마운트 디스플레이로 시각정보를 출력할 수 있다.
본 논문에서 제시한 수술교육용 시뮬레이션 프로그램을 외과의사 5명과 의대생 5명의 평가 집단을 구성하여 평가하였다. 실제 cadaver를 이용하여 피부절개 실습할 때에는 크게 머리, 목, 흉부, 복부, 팔 부분을 실습하고 표피 -> 진피 -> 지방 순으로 절개를 한다.
수술에 능숙한 전문가가 미리 수술시뮬레이션 실습을 여러 번 실행하여 데이터를 미리 입력한 후, 학생들이 수술 실습을 하게 되면 혼자서도 반복적인 학습이 가능하다. 측정 데이터로는 수술용 나이프가 사용되는 깊이, 각도, 잘리는 위치가 있다. 데이터는 수술용 나이프가 환자 모델의 피부에 닿을 때부터 측정이 시작되며, 수술용 나이프가 피부에서 빠져 나올 때 측정이 종료되기를 여러 번 반복한다.
이론/모형
이 문제를 해결하기 위해 HMD(Head Mounted Display)중 하나인 Oculus Rift를 사용한다. 이 Device를 사용하면 실제 VR(Virtual reality) 환경에 있는 것과 같은 느낌을 줄 수 있기 때문에 수술 시뮬레이션에 보다 집중할 수있게 된다.
성능/효과
시뮬레이션을 진행할 때 몰입도를 높이기 위하여 출혈 시뮬레이션을 하여 가시적인 효과를 준다.
본 논문에서는 오큘러스 리프트와 립 모션을 이용하여 가상 수술 교육용 시스템을 제안하였다. 오큘러스 리프트를 통한 360도 View와 립 모션장치를 통한 손동작 인식기술을 이용한 가상 수술 교육용 시뮬레이션 시스템은 기존의 가상 수술 시스템보다 더 간략하고 가상현실 방식을 통한 환경을 제공하였고 수술 교육 시뮬레이션 결과 교육의 효과를 극대화 할 수 있다는 결론을 얻을 수 있었다. 또한 시뮬레이션에 사용된 오큘러스 리프트와 립 모션 2가지 디바이스는 쉽게 저렴하게 구할 수 있어서 의료수술 시뮬레이션에 한정되어 있지 않기 때문에 반복적인 실습교육이 어려운 다른 분야의 시뮬레이션교육에서도 교육용 소프트웨어가 있다면 여러분야로 무한한 확장이 가능하다고 생각되며 가상현실을 통한 교육으로 보다 현실감이 있는 실습 교육이 가능하다고 생각되며 앞으로 많은 논문이 제시되길 바란다.
후속연구
오큘러스 리프트를 통한 360도 View와 립 모션장치를 통한 손동작 인식기술을 이용한 가상 수술 교육용 시뮬레이션 시스템은 기존의 가상 수술 시스템보다 더 간략하고 가상현실 방식을 통한 환경을 제공하였고 수술 교육 시뮬레이션 결과 교육의 효과를 극대화 할 수 있다는 결론을 얻을 수 있었다. 또한 시뮬레이션에 사용된 오큘러스 리프트와 립 모션 2가지 디바이스는 쉽게 저렴하게 구할 수 있어서 의료수술 시뮬레이션에 한정되어 있지 않기 때문에 반복적인 실습교육이 어려운 다른 분야의 시뮬레이션교육에서도 교육용 소프트웨어가 있다면 여러분야로 무한한 확장이 가능하다고 생각되며 가상현실을 통한 교육으로 보다 현실감이 있는 실습 교육이 가능하다고 생각되며 앞으로 많은 논문이 제시되길 바란다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
본 연구에서 기존 수술 시뮬레이션의 현실감이 떨어지는 문제를 해결하기 위한 방법은?
이 문제를 해결하기 위해 HMD(Head Mounted Display)중 하나인 Oculus Rift를 사용한다. 이 Device를 사용하면 실제 VR(Virtual reality) 환경에 있는 것과 같은 느낌을 줄 수 있기 때문에 수술 시뮬레이션에보다 집중할 수있게 된다.
Cadaver를 이용한 의료수술 훈련 방법의 문제점은?
Cadaver(카드버:인체해부 실습용 시체)를 이용하는 방법이 있지만 이 방법은 장소, 시간, 인간의 존엄성에 대한 많은 문제를 가지고 있으며 모든 실습 학생 개개인이 반복적으로 학습을 할수 없다는 문제점이 있다.
또한 객관적인 수술에 대한 데이터 값을 얻기 힘들기 때문에 평가의 어려움이 있어서, 이러한 문제점을 해결하기 위해 의료 교육에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있는데, 보다 객관적인 방식으로, 이 논문에서 제시하는 3D Virtual Reality Surgical Operation Simulation (3D가상 현실 수술 시뮬레이션)은 고안된 방법 중 한가지 이며, 실제로 이러한 수술 훈련방법은 수술 실력을 보다 향상시킬 수 있지만 이러한 수술 시뮬레이션에도 몇 가지 문제점을 가지고 있다.
오큘러스 리프트와 립 모션으로 시행하는 수술시뮬레이션의 장점은?
컴퓨터를 활용한 오큘러스 리프트와 립 모션으로 시행하는 수술시뮬레이션의 장점은 실제 실습과는 다르게 객관적인 데이터를 얻을 수 있다는 것에 있다.
참고문헌 (12)
Oculus rift : https://www.oculus.com/en-us/
Leap motion : https://www.leapmotion.com/
Jinah Park."Medical Simulation: Virtual surgery"
Moon, sungki "Healthcare and Cyber Community: Its Concept and Applications" 2009.
Jeong-Jin Lee, Ho Lee, Hee-Won Kye, "Cauterizing Effect Animation for Virtual Surgery Medical Simulation", pp.2-4., JKMS, 2012 13.
Case Study on Treatment of Pneumothorax in Drama pp.3 JCCT, Aug.6, 2015.
Virtual Reality in Surgery: Surgery 2001 and VirtualReality Surgical Simulators - VIRTUAL REALITY -Annual Conferance ,2001.
So, Yo-hwan,"Relationship with Educational Effects and Medium Characteristics in Virtual Reality Learning based on Immersion Gear VR" ,Jan. 2006.
VR in Medicine - IEEE Virtual Reality Annual International Symposium,Aug.2007.
URL: http... interface symposium
Dorner, R., Broll, W., Grimm, P., Jung, B.n."Virtual Reality und Augmented Reality (VR/AR)" Jan. 2006.
Je-Seung Hwang*, Min-Jin Kim*, Mi-Kyeong Moon* "Hand Rehabilitation System Using a Hand Motion Recognition Device" ,Vol.19, 8, pp.1-6. Aug,8,2014.
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