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가상현실을 이용한 슬관절 MRI 3D 리모델링
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MRI 기기의 보급과 의료영상 촬영 기술의 보편화에 따라 더 많은 양질의 의료영상이 매년 촬영되고 있지만 영상 처리의 성장이 영상 촬영 능력의 성장을 따라오지 못하고 있는 실정이다. 고품질의 MRI 영상은 현재 의료계에서 진단 보조 수단으로 한정 되어 사용되고 있지만 최근 영상 처리기술의 비약적인 성장에 따라 진단 보조수단뿐만 아니라 시각화, 수술 시뮬레이션, 3D 프린팅 등 다양한 활용이 가능하다. 가상현실(virtual reality)은 컴퓨터 등의 정보통신 기술을 기반으로 실제와 유사한 특정 환경 또는 상황을 만들어 내는 기술을 의미한다. 실제와 유사한 환경에서 가상현실은 사용자의 오감을 자극하여 공간적, 시각적으로 3차원적 체험을 가능하게 하며, 다양한 디바이스를 이용해 조작이 가능하여 상호 작용이 가능하다. Head mounted display를(그림 1.) 사용하여 현실과 같은 시청각을 경험할 수 있으며 모션트래킹 기술을 활용하는 모션컨트롤러를 사용해 손의 움직임을 가상현실 속에 반영 하여 가상현실과 상호 작용을 가능하게 한다. 의료계에서 가상 현실의 활용은 의사의 어시스트나 환자의 스트레스 감소, 의료용 학습 및 훈련 도구 등에 폭넓게 이용되고 있다. 반면 정형외과 진료 시 흔히 촬영되는 근골격계 MRI는 2차원적 단면으로 3차원 구조를 보여주는 한계가 있어 환자 혹은 숙달도가 낮은 의사의 경우 이미지 이해가 어려울 수 있다.
그림1. 다양한 Head Mounted Display의 종 무릎의 관절경 수술 환자에서의 실제 적용 연구 결과48명의 환자를 대상으로 무작위 전향적 연구를 시행하였고, 실험군(study group)에서 환자의 무릎 MRI 영상을 3차원 리모델링하여 수술 전 가상현실 속에서 무릎 병변을 직접 확인할 수 있게 했다. 결과 대조군에 비해 가상현실 속 영상 체험을 한 환자군에서 수술 후 유의미하게 개선된 수술 전후 불안감(anxiety) 및 높은 만족도를 확인했다. 리모델링 방법을 간단하게 소개하면 DICOM MRI 영상을 기반으로 주요 구조물(뼈, 연골, 인대, 근육 등)을 segmentation(So ftware 3D Slicer 4.6.2, Brigham and Women’s Hospital and The Slicer Community, Boston, Massachusetts, U.S.) 시행 후 Ray-marching에 기반한 볼륨 랜더링을 구현했다(그림 2). 이후 실제 인체와 비슷한 질감 구현을 위해 Unreal Engine 4® software(Epic Games, Potomac, Maryland, U.S.)를 이용하여 랜더링 후 Head mounted display를 통해 가상현실 시각화하였다(그림 3.). 또한 모션컨트롤러를 사용하여 손의 움직임을 가상현실 속에 반영하여 가상현실과 상호 작용을 가능케 했다. 최근 영상 처리기술의 비약적인 성장에 따라 실제적인 가상 환경이나 인간 신체의 가상 모델을 활용하여 시각화, 수술 시뮬레이션, 3D 프린팅 등 다양한 시도가 이루어지고 있다. 이러한 기술은 진단 보조 수단뿐만 아니라 환자의 만족도를 높이고 더 나아가 치료의 한 수단으로 자리잡을 수 있을 것으로 기대된다.
그림2. 볼륨 렌더링 후 3D 재건한 슬관절 MRI 영상
그림 3. Head mounted display를 통해 시각화한 가상현실 영상 속 슬관절 MRI
그림 4. 실제 가상현실 속 영상에서 모션콘트롤러를 통해 구현한 영상
▲ Effects of Preoperative Virtual Reality Magnetic Resonance Imaging on Preoperative Anxiety in Patients Undergoing Arthroscopic Knee Surgery: A Randomized Controlled Study 무릎 관절경 수술 환자에서 가상현실을 이용한 MRI 3D 리모델링 영상의 수술전 불안감에 미치는 영향
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