[논문]증강현실 기반 치과방사선 임상시뮬레이터 개발과 관련된 융합 연구

구자영; 이재기

doi:10.15207/jkcs.2018.9.11.161

증강현실 기반 치과방사선 임상시뮬레이터 개발과 관련된 융합 연구
Convergence study related to the development of new clinical training simulator for dental radiography based on augmented reality 원문보기

한국융합학회논문지 = Journal of the Korea Convergence Society, v.9 no.11, 2018년, pp.161 - 167

초록
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치과병원에서 임상가가 시행하는 임상술기는 환자들의 위험요소를 제거하는데 중요한 요소이다. 대학에서 많은 임상술기 교육이 이루어지고 있지만, 실습실과 기자재의 특수성으로 인한 제약 때문에 반복적인 연습에 한계가 있다. 특히, 치과방사선 촬영은 다양한 구내 촬영법이 존재한다. 이에 대한 숙달은 정확한 방사선 사진 획득에 중요한 요소이기 때문에, 임상전단계에서의 반복 연습은 매우 중요하다. 그러나 최근 원자력법 개정으로 인체의 방사선 피폭량에 제한이 있기 때문에, 반복적인 실습에 어려움이 있어, 임상역량이 약화되고 있다. 이러한 한계점을 극복하기 위해서, 증강현실 기술을 활용하여 시간과 공간의 제약을 받지 않으며, 촬영법에 대한 반복 연습이 가능하고, 자기주도식 학습이 가능한 구내방사선 촬영 임상시뮬레이터를 개발하였다. 이를 통해, 치과위생사의 구내 방사선 촬영 기술을 숙달하고 임상실무역량을 향상하는데 기여하고자 한다.

Abstract ▼ AI-Helper

A clinician's skills in a dental clinic are an important factor in removing the risk factors of patients. Although many universities have conducted educational programs, there has been a limitation on repeated practice because of the limited space and equipment. In dental radiography, there are various intraoral radiographic techniques. Since proficiency in radiography is an important factor in obtaining accurate radiographs, repeated practice and skill learning are important at the pre-clinical stage. However, the recent amendment of diagnostic radiation has caused difficulties in repeated practice on the human body. This study aims to develop a clinical simulator for intraoral radiography that enables repeated practice and self-directed learning without any restriction by utilizing the augmented reality technology to foster clinical skills for dental hygienist.

주제어

표/그림 (7)

그림 Fig. 1. Pre-clinical simulation of dental radiology for dental hygienist based on augmented reality
그림 Fig. 2. Workflow of preclinical simulator for dental radiology based on the application interface on a smartphone
그림 Fig. 3. Photographs showing mandibular first (#46), second (#47), and third molars (#48) obtained using dental X-ray of the educational phantom head using the bisecting technique
그림 Fig. 4. Schematic illustration of the printing method with respect to the guide point (GP) at superior (A) and lateral (B) aspect. EPH:educational phantom head
그림 Fig. 5. The interface that appears when starting the application (A), and an image showing the actual operation of the augmented reality-based simulator (B)
그림 Fig. 6. An image showing the graphical user interface of the augmented reality-based clinical simulator
그림 Fig. 7. Radiographs of the educational phantom heads of the maxillary central and lateral incisors, which are shown on the screen of a smartphone. The figure at the bottom shows the angle of the radiograph acquired successfully.

AI 본문요약
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문제 정의

이 연구는 AR를 기술을 활용하여, 방사선 피폭량에 제약이 없고, 고가의 EPH를 사용하지 않아도 되며, 구내촬영의 반복 연습이 가능한 방사선촬영 임상시뮬레이터를 개발하고자 한다. 이를 통해, 국한된 실습실의 제약에서 벗어나 자기주도식 학습이 가능하며, 국가직무능력표준에 기반한 치과위생사의 방사선 촬영술에 대한 임상실무지식 기술을 함양하고자 한다.
이 연구에서는 증강현실에 기반하여, 실습실이라는 국한된 공간과 실습시간의 제약 없이 반복연습이 가능한 치과방사선임상촬영시뮬레이터를 개발하였다. 임상전단계에서 학생들은 방사선기기와 실습실이라는 한정된 기기와 공간 제약 없이 스마트폰을 활용하여 치과방사선 촬영 연습을 할 수 있다.
이 연구는 AR를 기술을 활용하여, 방사선 피폭량에 제약이 없고, 고가의 EPH를 사용하지 않아도 되며, 구내촬영의 반복 연습이 가능한 방사선촬영 임상시뮬레이터를 개발하고자 한다. 이를 통해, 국한된 실습실의 제약에서 벗어나 자기주도식 학습이 가능하며, 국가직무능력표준에 기반한 치과위생사의 방사선 촬영술에 대한 임상실무지식 기술을 함양하고자 한다.

제안 방법

API를 호출하여, 스마트폰에 저장된 데이터를 불러오기 위해 EPH 방사선 사진 데이터베이스를 구축하였다. 사전에 EPH에 대해 등각촬영과 교익촬영을 하였으며,18장(등각촬영법에 의한 방사선 사진 14장, 교익촬영법에 의한 방사선 사진 4장)의 방사선 사진을 획득하였다.
EPH의 치아를 구역화하여 Unity engine에서 순차적으로 구역화 처리를 한 후, 1번부터 14번까지 구역화 한 값에 실제 등각촬영과 교익촬영 시 적용되는 방사선 기기의 수직각, 수평각에 대한 위치를 저장하였다. 이렇게 구축한 벡터 포지션에 대한 값을 사용자가 촬영할 경우,저장된 테이블의 값을 검색하여 조건을 만족하는 EPH 방사선 이미지를 찾을 수 있도록 하였다.
org)를 이용하여 모델링 하였다. STL 포맷으로 export한 후, Blender 소프트웨어에서(blender 2.78, opern source: https://www.blender.org) import 하여, 상악치아와 하악치아 형태를 일부 수정하여 삼차원으로 구성하였다.
6, 실제 방사선 촬영 시, 제한된 방사선 촬영 횟수를 효과적으로 운영할 수 있다. 또한, 등각촬영법과 교익촬영법에 의해 촬영한 EPH 방사선 사진 자료와 기존 방사선 기기의 관두 위치와 수직각의 정보를 데이터베이스로 구축하여, 스마트폰의 자이로센서 값과 비교하여 EPH 방사선 사진을 출력할 수 있. Fig.
사용자는 최초 스마트폰으로 마커인식을 통해 EPH 모델을 출력하여, 장소에 제약 없이 접근할 수 있도록 제작하였다. 마커는 QR 코드 방식으로, Vuforia 라이브러리 (Vuforia SDK v7.0.36)를 활용하여, 스마트폰의 카메라에서 인식된 마커가 API를 호출할 수 있도록 하였다. 증강현실은 스마트폰 갤럭시 노트 4와 갤럭시S8(Samsung, Korea)에서 구현하였으며, 이미지 센서는 각각 SONY IMX BSI COMS(조리개 F/2.
디스플레이 창의 오른쪽에서는 임상현장에서 지시 받은 치아와 촬영 시 적절한 수평각(수평각은 위치를 의미)과 수직각을 보여주며, 촬영 시 중요한 요소인 수직각에 대한 정보를 제공한다. 머리뼈와 치아의 관계를 자세하게 확인할 경우, 배율 아이콘을 조절하여 EPH 모델에 대해 확대 또는 축소가 가능하도록 제작하였다. 촬영 대상이 되는 치아 부위는 하늘색 화살표가 가리키고 있으며, 이 화살표의 꼬리 부분 단면이 촬영 포인트가 되는 붉은색 원과 일치할 경우, 촬영 버튼을 터치 한다.
스마트폰으로 CT 이미지를 이용한 삼차원 EPH 모델에서, 등각촬영과 교익촬영을 연습 할 수 있도록 graphical user interface (GUI)를 단계적으로 구성하였다. 사용자가 방사선 촬영에 대해 시뮬레이션 할 경우, 잘못된 위치/수평각/수직각으로 인한 촬영 오류를 가이드하여 올바른 촬영 기술을 습득할 수 있도록 API(application program interface)를 구성하였다. Fig.
사용자는 최초 스마트폰으로 마커인식을 통해 EPH 모델을 출력하여, 장소에 제약 없이 접근할 수 있도록 제작하였다. 마커는 QR 코드 방식으로, Vuforia 라이브러리 (Vuforia SDK v7.
사용자의 스마트폰에서 방사선 촬영모드는 디스플레이 창을 1:3 (왼쪽 : 오른쪽)으로 나누어, 왼쪽은 촬영 전 피부, 뼈, 치아의 상태를 사용자의 요구에 따라 조절할 수 있도록 구성하였다. 오른쪽은 현재 스마트폰의 카메라 위치가 EPH 모델의 어떤 부위를 가리키고 있는지를 보여준다.
스마트폰으로 CT 이미지를 이용한 삼차원 EPH 모델에서, 등각촬영과 교익촬영을 연습 할 수 있도록 graphical user interface (GUI)를 단계적으로 구성하였다. 사용자가 방사선 촬영에 대해 시뮬레이션 할 경우, 잘못된 위치/수평각/수직각으로 인한 촬영 오류를 가이드하여 올바른 촬영 기술을 습득할 수 있도록 API(application program interface)를 구성하였다.
실제 방사선 기기에서 실습하기 전, 구내방사선촬영 방법 중, 등각촬영과 교익촬영에 대해 반복 연습할 수 있도록 시스템을 구성하였다. Fig.
EPH의 치아를 구역화하여 Unity engine에서 순차적으로 구역화 처리를 한 후, 1번부터 14번까지 구역화 한 값에 실제 등각촬영과 교익촬영 시 적용되는 방사선 기기의 수직각, 수평각에 대한 위치를 저장하였다. 이렇게 구축한 벡터 포지션에 대한 값을 사용자가 촬영할 경우,저장된 테이블의 값을 검색하여 조건을 만족하는 EPH 방사선 이미지를 찾을 수 있도록 하였다. 즉, 사용자가 선택한 치아의 가이드 영역을 스마트폰의 자이로센서가 인식한 값과 비교하여 해당하는 각도를 출력할 수 있도록 하였다.
이렇게 구축한 벡터 포지션에 대한 값을 사용자가 촬영할 경우,저장된 테이블의 값을 검색하여 조건을 만족하는 EPH 방사선 이미지를 찾을 수 있도록 하였다. 즉, 사용자가 선택한 치아의 가이드 영역을 스마트폰의 자이로센서가 인식한 값과 비교하여 해당하는 각도를 출력할 수 있도록 하였다. Fig.
촬영 버튼을 누르면, 스마트폰에 저장되어 있던 EPH 방사선 사진에 대한 촬영각 정보와 현재 촬영각 정보를 비교한다. 조건에 적합할 경우, EPH 방사선 사진을 출력한다.

대상 데이터

AR의 객체로 이용할 EPH의 삼차원 모델링을 위해,치과방사선 실습 시 학생들이 이용하는 실습용 EPH를 사용하였다 (Angiographic CT Head phanom, Kyoto KAGAKU co., JAPAN). 경기도 소재 A병원에서 EPH에 대해 CT 촬영을 하였고, 획득한 EPH의 가로단면 148장의 DICOM 파일을 삼차원 재구성 소프트웨어(3D Slicer 4.
, JAPAN). 경기도 소재 A병원에서 EPH에 대해 CT 촬영을 하였고, 획득한 EPH의 가로단면 148장의 DICOM 파일을 삼차원 재구성 소프트웨어(3D Slicer 4.8, 오픈소스: https://www.slicer.org)를 이용하여 모델링 하였다. STL 포맷으로 export한 후, Blender 소프트웨어에서(blender 2.
API를 호출하여, 스마트폰에 저장된 데이터를 불러오기 위해 EPH 방사선 사진 데이터베이스를 구축하였다. 사전에 EPH에 대해 등각촬영과 교익촬영을 하였으며,18장(등각촬영법에 의한 방사선 사진 14장, 교익촬영법에 의한 방사선 사진 4장)의 방사선 사진을 획득하였다. Fig.
36)를 활용하여, 스마트폰의 카메라에서 인식된 마커가 API를 호출할 수 있도록 하였다. 증강현실은 스마트폰 갤럭시 노트 4와 갤럭시S8(Samsung, Korea)에서 구현하였으며, 이미지 센서는 각각 SONY IMX BSI COMS(조리개 F/2.2)와 SONY exmor RS IMX260 BSI CMOS(조리개 F/1.7)를 사용하였다.

이론/모형

EPH의 CT 모델링 자료를 Unity engine을 (2017.3 version) 이용하여, 화면상에 출력하였고, GUI는 Unity engine에서 제공해주는 UI (user interface) tool을 사용하였다.

후속연구

그러나, 아직 iOS에서는 구현되지 않기 때문에 이에 대한 개발이 필요하며, Android와 iOS 모두에서 동작 가능한 어플리케이션을 통해, 학생들의 사전/사후 비교 검증이 요구된다. 그리고, 현재 QR 코드 형태는 학생들의 자기주도식 학습이 가능하도록 제작하였으나, 이를 활용하여 실제 방사선 기기에 부착하여 방사선 기기에서 증강현실을 구현할 수 있다면 임상실무역량 강화에 더욱 효과적일 것으로 기대한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	임상술기란?	병원이라는 특수한 환경에서, 임상가가 정확하게 시행하는 임상술기는 환자들의 위험요소 제거와 만족도를 결정하는 중요한 요소이다[1]. 의과대학, 치과대학, 보건대학에서 향후 임상가가 될 학생들은 이를 위한 전임상단계에서의 실습 교과과정을 필수로 이수해야 하며, 기초지식의 활용과 반복적인 실습의 측면에서 임상술기에 대한 지식을 축적하게 된다.
	임상가가 될 학생들이 받아야 되는 필수 과정은?	병원이라는 특수한 환경에서, 임상가가 정확하게 시행하는 임상술기는 환자들의 위험요소 제거와 만족도를 결정하는 중요한 요소이다[1]. 의과대학, 치과대학, 보건대학에서 향후 임상가가 될 학생들은 이를 위한 전임상단계에서의 실습 교과과정을 필수로 이수해야 하며, 기초지식의 활용과 반복적인 실습의 측면에서 임상술기에 대한 지식을 축적하게 된다. 그러나, 임상술기에 대한 숙달은 인체를 대상으로 하고 특정 실습 기자재를 사용해야 하며, 대학 실습실 또는 병원이라는 국한된 장소에서 이루어지기 때문에 시간과 공간상의 제약이 많다.
	임상술기에 대한 지식을 축적하는데 나타나는 문제점은?	의과대학, 치과대학, 보건대학에서 향후 임상가가 될 학생들은 이를 위한 전임상단계에서의 실습 교과과정을 필수로 이수해야 하며, 기초지식의 활용과 반복적인 실습의 측면에서 임상술기에 대한 지식을 축적하게 된다. 그러나, 임상술기에 대한 숙달은 인체를 대상으로 하고 특정 실습 기자재를 사용해야 하며, 대학 실습실 또는 병원이라는 국한된 장소에서 이루어지기 때문에 시간과 공간상의 제약이 많다. 이를 보완하기 위해서, 최근 컴퓨터 기술을 활용하여, 다양한 방법으로 임상시뮬레이션 장비를 개발하려는 연구가 이루어지고 있다[2,3].

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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