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문제 정의
- 향후 데이터를 제공받아 활용하고 있는 모든 기관을 방문하여 활용내용을 정밀 파악하고 사용상의 문제점이나 의견들을 종합적으로 파악하고자 한다. 그래서 그 결과를 데이터의 보완하는데 적용함으로써 더 좋은 데이터를 더 많이 활용을 할 수 있도록 연구를 계속 하고자한다.
- 본 연구에서는 다양한 분야에서 인체정보의 활용을 제고하기 위해 인체정보의 종류, 영상획득 그리고 처리 분야에서 구축된 데이터나 기술들에 대해 생명과학, 의료 종사자 및 컴퓨터 관련 기술 분야의 연구자들과 기관을 대상으로 설문조사하였다. 이를 통해 조사된 인체정보에 대한 제공, 활용 목적, 현황 등은 국내 연구자들에게 좋은 기초 자료가 될 것이고 발전동향 및 연구 방향을 설정하는데 중요한 지표가 될 것이다.
제안 방법
- 3D모델링을 할 수 있는 등고값과 구역화이미지가 존재하고 오염되지 않은 비뇨생식기관, 3040×2008 고해상도 등의 장점을 지닌 비저블코리언의 남성의 비뇨생식기관 영상으로부터 3차원 모델을 구축하였다.
- 디지털코리언 데이터는 인체 시뮬레이션에 활용할 수 있는 평균골격모델, 피부형 모델, 미세골격모델, 골격물성정보, 하중정보 등 한국인의 인체정보를 제공하고 있다. 3차원 평균 골격 모델은 남, 녀, 각 50인을 1mm 간격으로 CT 촬영하여, 그 50개의 각각의 영상을 겹쳐 놓음으로서 한국인의 표준 뼈를 3차원으로 복원하였고 3차원 피부 형상 모델은 남, 녀 각각 정상체중, 저체중, 과체중별로 3개의 모델을 구축하였다. 3차원 미세 골격 모델은 남, 녀의 손, 발, 치아를 수십 마이크로미터 간격으로 CT 촬영하여 3차원으로 복원하였고 골격계물성정보는 인체골격모델에 물리적 성질을 부여한 인체뼈의 강도데이터베이스로 강도에 관한 임계치 수치(탄성계수, 항복강도, 극한 강도)와 시험에서 얻은 원시자료를 함께 제공하고 있다.
- MRI는 256×256 해상도의 12비트 그레이톤으로 이루어졌으며 CT는 512×512 해상도의 12비트 그레이톤으로 1mm 간격으로 이루어졌다.
- 객체지향 Sensible human 데이터베이스를 생성하는 것으로 외부의 침입이 없이 완전한 인간조직에 대한 탄력적인 모듈들을 획득하는 것으로 탄력적인 매개변수가 포함된 해부상의 맵으로 통합하고, 분산된 데이터 셋들을 광대역 네트워크를 사용한 통합하며, 각 조직에 대한 계산에 의한 재구성을 통하여, 이러한 것들을 기반으로 하여 외과 시뮬레이션을 실행하였다.
- 한국인의 인체정보는 연속 절단면에 대한 비저블코리언과 3차원 영상에 대한 디지털코리언으로 구성된다. 비저블코리언(Visible Korean:VK)은 2000년도부터 한국과학기술정보연구원과 아주대학교가 공동으로 한국인의 연속절단면에 대한 고해상도 컬러 해부영상, CT, MRI 로 구축하였다. 또한 디지털코리언(Digital Korean:DK)은 2003년부터 카톨릭 의과대학과의 공동으로 한국인 표준골격계 인체모델을 구축한 것이다.
- 비저블코리언의 식도(Esophagus), 위(Stomach), 샘창자(Duodenum)의 구역화 영상과 해부영상을 이용한 가상수술 소프트웨어와 향상된 햅틱 성능을 제공하는 대장내시경 시뮬레이션을 제작하였다. 또한 고관절 부위의 대퇴골 골절에 대한 내고정 수술을 훈련할 수 있는 시뮬레이터도 제작 중에 있다[9].
- 연근조직의 변형과 근육수축시뮬레이션을 포함한 복잡한 근골격계의 동적인 시뮬레이션과 의료영상으로부터 3D인체를 재구축할 수 있는 종합적인 Human Animation Resource Model을 개발하는 프로젝트로서 형상모델 위주로 구축되고 초반에는 가장 복잡한 관절 중에 하나인 어깨-팔 구조의 형상 모델 제공된다.
- 하지만, 기존 복셀모델 제작에 주로 사용되는 CT나 MRI 의 경우는 주변 조직의 성분과 밀도가 같고 촬영 중 꾸준히 움직이는 장기들은 명확하게 보여주지 못하여 결과적으로 제작되는 모델의 완성도가 떨어지는 단점이 있다. 이러한 문제들을 해결하기 위하여 비저블코리언의 고해상도 컬러 연속절단면 해부영상을 이용하여, 장기변형과 자세변형이 모두 가능한 차세대 고정밀도 표준한국인 복셀팬톰모델을 개발하였다. 이를 이용하면 유효선량 환산계수 등 한국인 고유의 방사선 방호량을 평가할 수 있으며, 향후에는 4차원 몬테칼로 전산모사 기술을 개발할 예정에 있다[7].
- 3D모델링을 할 수 있는 등고값과 구역화이미지가 존재하고 오염되지 않은 비뇨생식기관, 3040×2008 고해상도 등의 장점을 지닌 비저블코리언의 남성의 비뇨생식기관 영상으로부터 3차원 모델을 구축하였다. 이를 위해 SURFdriver 소프트웨어를 이용하여 440장의 해부영상을 분할하여 하나의 파일로 만들었다. 42개의 해부 구조가 모델링되고 3차원 모델은 각각 조작 가능하며 사용 시 모델의 투명도를 조절할 수 있다.
대상 데이터
- 2차원 절단면 영상의 경우 0.2mm의 간격으로 CT나 MRI 데이터보다 정밀하게 촬영하여, 3,040×2,008 해상도에 총 9000장의 슬라이스로 이루어졌고, MRI나 CT 데이터와는 달리 24비트 컬러영상으로 촬영하여 슬라이스당 크기는 17,890KB, 전체 데이터의 크기는 160GB에 달한다.
- Armed Forces Institute of Pathology에서 구축한 Carnegie Human Embryology Collection of embryos중에서 산모의 부검, 유산, 임신 중절시 태아 700명을 데이터로 Human Embryo 구축하였다.
- CVH 데이터는 35살의 남자와 22살의 여자를 대상으로 하였다. 해상도는 남자, 여자 모두 3072×2048로 같지만 절단면의 간격이 서로 달라 연속 절단면이 남자의 경우는 2518개로 전체 데이터용량은 90.
- MRI 및 CT 데이터의 경우 512×512 해상도, 1mm의 간격으로 촬영하였으며 총 1800 장으로 이루어졌고, 한 슬라이스의 크기는 769KB, 전체 데이터의 크기는 각 데이터 당 1.4GB이다.
- Visible Human Female 데이터는 1995년 11월에 발표되었다. Visible Human Male과 거의 같으나 횡축 해부이미지 간격이 0.
- Visible Human Male의 데이터집합은 MRI, CT, 해부학이미지로 구성되며, 1994년 11월에 완성되었다. MRI는 256×256 해상도의 12비트 그레이톤으로 이루어졌으며 CT는 512×512 해상도의 12비트 그레이톤으로 1mm 간격으로 이루어졌다.
- 미국의 Visible Human Project(VHP)는 1986년 미국 국립의학도서관의 중장기계획으로 치료 의학이나 생명의료분야에서 전자 이미지의 사용이 급증하게 되면서 인체의 완벽한 해부학적 표현을 위해 디지털이미지라이브러리의 구축이 필요하게 되었다. 이 프로젝트의 결과로 1994년에 Visible Human Male, 1995년에 Visible Human Female 데이터를 각각 인터넷에 공개하였다. VHP의 처음 목표는 남성과 여성의 시체로부터 디지털화된 MRI, CT 그리고 해부영상을 완벽하게 구축하는 것이었지만 장기목표는 그래픽형태와 신체부위의 이름과 같이 심볼릭 지식형태를 연결하는 지식구조시스템을 구축하는 것이었다[1].
- 고해상도의 해부학이미지는 2000년 8월부터 사용되었고 냉동절단 과정에서 70mm의 간격으로 4096×2700 해상도로 이미지를 디지털화하였다. 한 개의 이미지 크기는 32 MB이며 1871 개로 이루어졌다.
- 한국인의 인체정보를 지금까지 국내외 70여개 기관에서 제공받아 활용하고 있다. 제공받아간 기관은 대부분이 대학교로서 의학연구용이나 학습보조자료용으로 사용되고 있다.
성능/효과
- 이를 위해 SURFdriver 소프트웨어를 이용하여 440장의 해부영상을 분할하여 하나의 파일로 만들었다. 42개의 해부 구조가 모델링되고 3차원 모델은 각각 조작 가능하며 사용 시 모델의 투명도를 조절할 수 있다. 이 모델은 학생과 환자들에게 학습도구로 사용될 수 있고 향후에는 외과수술훈련용 뮬레이션으로 활용될 것이다[11].
후속연구
- 우선, 원시 이미지 데이터로부터 3차원 인체영상 구축이 가능해져서 이를 활용한 영상유도수술, 가상내시경, 가상수술시뮬레이션 등의 소프트웨어 개발이 용이해졌고 이들을 활용해서 인체에 직접적인 접촉이 없이 실험이나 수술이 가능해져 신약 개발이나 새로운 시술 개발이 빠르게 진행될 것이다. 그리고 의학을 연구하는 사람들뿐만 아니라 일반인들에게도 단순한 2차원 평면상의 인체 단면이 아닌 3차원 영상을 제공함으로써 인체에 대한 보다 직관적인 이해에 도움을 줄 것으로 사료된다.
- 이에 본 연구는 한국인의 인체정보에 대한 활용성 제고를 위해 설문조사를 통해 현재까지의 현황과 개발된 기술이나 연구 결과물을 파악하여 다른 분야에 적용할 수 있는 기초자료와 연구방향 설정에 활용될 수 있다. 또한 국내 · 외의 사례 조사를 통해 각 분야에 적용된 기술이나 데이터 특성을 살펴 다른 분야로의 이용을 촉진하여 시간과 경비를 크게 줄이는데 있다.
- 향후 데이터를 제공받아 활용하고 있는 모든 기관을 방문하여 활용내용을 정밀 파악하고 사용상의 문제점이나 의견들을 종합적으로 파악하고자 한다. 그래서 그 결과를 데이터의 보완하는데 적용함으로써 더 좋은 데이터를 더 많이 활용을 할 수 있도록 연구를 계속 하고자한다.
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