- 3차원 컴퓨터 영상과 3차원 실물 조형 모델을 이용한 시스템 -

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목 적 :전방 십자 인대 재건술에서 인대 부착부 위치 설정의 훈련을 위한, 3차원 컴퓨터 영상과 3차원 실물 조형 모델을 이용한 시뮬레이션 시스템을 개

발하고자 하였다.

대상 및 방법 :실제 환자 13명의 슬관절 전산화 단층 촬영 영상을 이용하였다. 훈련용 프로그램은 V-works (Clinic3D Inc.)의 3차원 재구성 기술을 기반 으로 개발하였으며, 실물 조형 모델은 경화 녹말을 0.178 mm 간격으로 적층하여 제작하였다.

결 과 :제 1훈련 단계에서는 건측 슬관절의 정상 전방 십자 인대 부착부위를 3차원 컴퓨터 영상과 다평면 재구성 영상를 비교하면서 숙지하도록 하였다.

제 2훈련 단계에서는 환측 슬관절의 3차원 컴퓨터 영상을 이용하여 등장점 설정 훈련을 시행하도록 하였다. 마지막으로 등장점이 표시된 3차원 실물 조형 모델을 제작하여 이를 실물로 확인할 수 있도록 하였다.

결 론 :본 시스템은 전방 십자 인대 재건술 초심자들의 인대 부착부 위치 설정 훈련에 유용할 것으로 생각된다.

색인 단어 :전방 십자 인대, 등장점, 시뮬레이션, 3차원 실물 조형 모델

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전방 십자 인대 등장점 설정 시뮬레이션

- 3차원 컴퓨터 영상과 3차원 실물 조형 모델을 이용한 시스템 -

염진섭∙이광원∙김명호*∙김영호**∙김남국***∙이제범***∙최원식

을지의과대학교 정형외과학교실, 단국대학교 의과대학 정형외과학교실*, 서울대학교 공과대학 산업공학과 및 공학연구소**, (주)클리닉 3D***

600 600 통신저자 : 이 광 원

대전시 중구 목동 24

을지의과대학교 부속병원 정형외과학교실 TEL: 042-259-1286∙FAX: 042-252-5498 E-mail: [email protected]

*본 논문의 요지는 2000년도 대한정형외과학회 추계학술대회에서 발표되었음.

Surgical Simulation for Placement of Isometric Point of Anterior Cruciate Ligament:

A System using Three-dimensional Computer Models and Rapid Prototyping Models

Jin Sup Yeom, M.D., Kwang Won Lee, M.D., Myung Ho Kim, M.D.*, Yeongho Kim, Ph.D.**, Namkug Kim, M.S.***, Jae Bum Lee,***, and Won Sik Choy, M.D.

Department of Orthopedic Surgery, Eulji University School of Medicine, Daejon; Department of Orthopedic Surgery, Dankook University College of Medicine*, Chonan; Department of Industrial Engineering and Research Institute of Engineering Science, Seoul National University**, Seoul; Clinic3D Inc.***, Seoul, Korea

Purpose :This research aims at developing a simulation system for training of the correct placement of isometric points in arthroscopic reconstruction of anterior cruciate ligaments, using personal computer-based software and rapid prototyping knee models.

Materials and Methods :CT scan images of the knee joints of thirteen patients were used. Simulation software was developed on V-works (Clinic3D Inc.), a three-dimensional medical imaging system. Rapid prototyping models were made of hardened starch with a 0.178 mm slice thickness.

Results : In the first phase, trainee surgeons can study the positions of the bony attachments of healthy anterior cruciate ligaments, and compare their multiplanar reformatting images and a three-dimensional computer model of the bones. In the second phase, trainee sur- geons can place isometric points on the three-dimensional computer models and compare the results with the points set by a supervis- ing surgeon. Finally, rapid prototyping models, which are almost identical to the actual bones, are produced to allow the trainees to observe the isometric points marked on the models.

Conclusion :Our system can provide a patient-specific simulation environment for beginners at arthroscopic anterior cruciate ligament reconstruction. It can be used as an educational and training tool for locating the isometric point of the anterior cruciate ligament during an operation.

Key Words : Anterior cruciate ligament, Isometric point, Simulation, Rapid prototype

Address reprint requests to Kwang Won Lee, M.D.

Department of Orthopaedic Surgery, Eulji Medical University Hospital 24 Mok-dong, Chung-gu, Daejon 301-726, Korea

Tel : +82.42-259-1286, Fax : +82.42-252-5498 E-mail: [email protected]

서 론

전방 십자 인대 재건술에 있어서, 초심자들의 등장점(isomet- ric point) 설정의 오류는 흔한 수술 실패 원인이 되고 있다. 본 연구에서는, 초심자들이 이 수술에 앞서 개인용 컴퓨터(person- al computer)를 이용한 시뮬레이션 프로그램으로 실제 환자 개 개인의 전방 십자 인대 부착부를 설정하는 훈련을 할 수 있도록 하고, 3차원 실물 조형 모델(rapid prototyping model)을 이용 하여 이를 실물로 확인할 수 있도록 하는 방법을 개발하였다.

연구 대상 및 방법

실제 환자 13명의 나선형 전산화 단층 촬영(spiral CT) 영상 을 이용하였다. 사용된 기종은 국내에 수십 대가 보급되어있는 Somatom plus four (Siemens, Germany)였다. 촬영 조건은 절 편 두께(slice thickness) 3 mm, 테이블 전진 속도(table feed) 3 mm/초, 회전 시간(rotation time) 0.75초, 재구성 간격(recon- struction incremental) 1 mm로 하였다. 촬영된 CT 영상은 표 준 형식인 DICOM (digital imaging and communication in medicine) 3.0 형식으로 변환한 후, 전산망을 통해 개인용 컴퓨 터로 이동하였으며, 필름으로 현상하지는 않았다.

사용된 개인용 컴퓨터는 Pentium^TMIII 800 MHz EB (Intel, USA)를 중앙 연산 장치로 하고, 256 mB의 RAM을 이용하는, 평범한 수준의 구형 조립품이었다. 운영체계는 한글 Windows 2000 Professional (Microsoft, USA)을 이용하였으며, 물론 Windows 98/NT 계열의 운영 체계에서도 프로그램 실행에 문 제는 없었다. 수술 시뮬레이션 프로그램은 V-works^TM (Clin- ic3D, Korea)의 3차원 모델링 기술을 이용하여 이 프로그램의 한 모듈로 개발하였으며, Visual C⁺⁺ 6.0 (Microsoft, USA)과 OpenGL (Silicon graphics, USA)을 이용하여 작성하였다.

1. CT

multiplanar reformatting

다평면 재구성은 기존 CT의 축상면 영상들을 관상면 및 시상 면으로 재구성하는 것으로 본 프로그램에서는 삼차원 직선 보간 (tri-linear interpolation)¹⁾ 방식을 이용하였다. 세 평면의 영상 이 각각 한 개의 창(window)에 나타나도록 하였다. 각각의 창 의 크기를 조절할 수 있도록 하였고, 이들을 동시에 관찰하거나 한 개만을 최대화하여 관찰할 수 있도록 하였다. 각각의 창 내 에서 확대와 축소 및 선형 이동이 가능하도록 사용자 인터페이 스를 만들었다.

각각의 평면에 수직 및 수평 직선 지시자(line indicator)가 각각 한 개씩 디스플레이 되도록 하였다(Fig. 1). 각 평면에 위 치한 두 개의 직선 지시자는, 다른 두 평면 영상의 위치를 나타 내는 것으로, 이 지시자를 마우스로 이동시키면, 해당 평면의 영

상이 이에 따라서 변화되도록 하였다. 또한 세 개의 창 중에 한 개에서 임의의 선분이나 곡선을 그리면, 이 선을 포함하고 해당 평면에 수직인 영상이 제 4의 창에 나타나도록 하였다(arbitrary plane reconstruction).

2. CT

three-dimensional reconstruc- tion

본 프로그램에서 사용한 3차원 재구성 기법은, 표면 렌더링 (surface rendering)의 일종인 향상된 6면체 마칭 알고리듬 (enhanced marching cubes algorithm)^4,5,9)이었다. 이 알고리 듬은 3차원 모델의 외곽이 6면체인 복셀(voxel: 3차원 볼륨 데 이터의 기본 단위)들과 교차하는 유형이 유한하다는 가정에서 출발한다. 모든 경우의 6면체 위상 상태를 나열하는 케이스 테 이블을 만들고, 여기에 3차원 모델의 표면(외곽)을 근사시킨다.

실제 6면체 마칭은 대단히 많은 수의 삼각 메쉬들로 볼륨 데 이터의 외곽 표면을 만들어낸다. 그러나 현재의 그래픽 하드웨 어 성능으로는, 이렇게 많은 삼각 메쉬들로 이루어진 모델을 회 전, 이동, 확대-축소 하면서 디스플레이하는 속도에는 한계가 있다. 따라서 이러한 거대한 모델을 렌더링할 때에는 그 반응 속도를 향상시킬 필요가 있는데, 그 대표적인 방법이 삼각 메쉬 의 수를 감소시키는 3차원 압축(decimation)이다⁷⁾. 이 방법은 3차원 모델의 위상을 바꾸지 않고, 모델의 형상을 정해진 에러 한도 내에서 근사하면서 꼭지점의 개수를 감소시키는 방법이다.

이 방법은 먼저 삼각형 리스트에 있는 각 꼭지점이 국소적으로 평평한가를 검사한다. 검사하는 방법은 같은 꼭지점을 가지고 있는 모든 삼각형들을 모아 평균 평면과 비교한다. 만약 국소적 으로 평평하다면, 즉 그 꼭지점과 평균 평면과의 거리가 정해진 에러 한도보다 작고, 그 꼭지점에서 사용자가 입력하는 모서리 각보다 더 큰 각을 가지고 있는 모서리가 없고, 위상이 달라지 지 않는다면 그 점은 삭제된다. 이러한 과정을 모든 꼭지점들에 대해 수행한다⁸⁾. 이상의 과정을 사용자가 원하는 목표 축소율이 나 최대 반복 회수에 도달할 때까지 반복한다³⁾.

이상과 같은 알고리듬을 이용하여 CT와 같은 다밀도 볼륨 데 이터(multi-value volume data)에서 원하는 밀도로 이루어진 3차원 모델을 생성할 수 있다. 또한 원하는 부분만을 구분(seg- mentation)하거나 편집하여 3차원 모델을 생성할 수 있다. 3차 원 재구성 과정에서 밀도 범위를 잘 조절하면 골 조직 뿐 아니라 피부, 근육, 신경과 혈관까지도 형상화할 수 있다. 물론 단순히 CT 상의 화소 값(pixel value)만을 가지고 모든 조직을 구별할 수는 없기 때문에 이러한 영상의 신뢰성에는 한계가 있다. 그러나 적어도 골 조직이나 피부의 3차원 재구성 영상은 실제와 매우 가 깝다. 이상에서 얻은 삼각 메쉬로 구성된 모델을 부드러운 영상 으로 디스플레이하기 위하여 색을 입히고 렌더링을 시행하는데, 이 는 흔히 영화의 특수 효과에서 사용하는 기법과 유사한 과정이다.

3. 3

rapid prototype model

3차원 실물 조형 기술은 단면을 한 층씩 고형화하여 적층하는 방법으로 3차원 모델을 제작하는 기술로서 최근 여러 가지 방식 이 개발되고 있다¹⁰⁾. 본 연구에서는 3차원 프린터 방식인 Z-402 모델(Z Corporation, USA)을 이용하였으며, 재료로는 경화 녹 말을 이용하였다. 이 방식은 잉크젯 프린터처럼 한 층의 분말 위에 액상 접착제를 주사하여 고형화시키는 작업을 반복하여 3 차원 모델을 제작한다. 본 연구에서는 앞 단계에서 만들어진 슬 관절의 3차원 컴퓨터 모델을 많은 층으로 나누어서 제작하였는 데, 각 층의 두께는 0.178 mm로 설정하였다.

결 과

1.

3

먼저 슬관절의 CT 횡단면 영상을 개인용 컴퓨터로 이동한 후 다평면 재구성을 자동적으로 시행하여 세 개의 창에 디스플 레이하도록 하였다(Fig. 1). 또한 적당한 역치를 설정하여 골조 직의 3차원 모델을 만들도록 하였다. 이상의 준비 과정은 거의 자동적으로 수행되도록 하였으며, 전술한 Pentium^TM III 800 MHz 급 컴퓨터에서 2-3분의 시간이 소요되었다.

2.

1

3

이 단계는 건측 슬관절의 실제 전방 십자 인대 부착 부위를 컴퓨터 상에서 확인하면서, 이를 숙지하도록 하는 단계이다. 본 단계는 정상 해부학을 이해하는 것을 목적으로 하는 것으로, 본 격적인 등장점 설정 훈련의 단계는 아니다. 실제 수술은 환측에

시행하므로, CT 영상을 좌우 반전(mirror imaging)한 후에 다 음과 같은 과정을 시행할 수도 있도록 하였다.

먼저 정상 슬관절의 다평면 재구성 영상에서 CT의 창 범위 (window range)를 잘 조절하면(대부분의 경우 Hounsfiled 번호 0-120정도; 기본값으로 설정됨), 전방 십자 인대를 비교적 잘 관 찰할 수 있다(Fig. 1, 2). 전방 십자 인대와 주위 연부조직의 구 분이 모호하여 혼동을 일으킬 수 있는데, 이런 경우에는 창 범위 를 약간씩 변화시키면 된다. 골조직의 3차원 영상에서 훈련 대상 자가 등장점이라고 생각하는 위치에 직선 지시자의 교점을 위치시 키면, 그 위치가 다평면 재구성 영상에서 나타나므로(Fig. 2), 훈련 대상자가 3차원 모델에 설정한 위치와 정상 전방 십자 인대의 실제 부착부의 위치를 직접 비교하면서 정상 해부학을 숙지할 수 있다.

반대로 다음과 같은 훈련을 할 수도 있다. 시상면 영상 중에 서 전방 십자 인대의 부착부가 잘 나타나는 영상을 선택하여, 그 부착부의 중심점에 수평 및 수직 직선 지시자의 교점을 위치 시킨다. 이 교점의 위치는 자동적으로 관상면과 축상면 영상에

Fig. 1.Multiplanar reformatting images and a three-dimensional model are reconstructed from the original axial CT scan images.

Fig. 2. The isometric points placed on the three-dimensional model using line indicators are automatically displayed on the multiplanar reformatting images, and vice versa.

서도 나타나게 된다. 다음으로, 관상면 영상에서 직선 지시자의 위치를 수정(미세 조정)한다. 세 평면에서 이상의 미세 조정 과 정을 수차례 반복하여 전방 십자 인대 부착부의 중심점을 최종 설정한다. 이상의 과정을 통해서 다평면 재구성 영상에서 설정 한 십자 인대 부착부의 중심점은 골조직의 3차원 영상에도 직선 지시자에 의해 표시되므로 그 위치를 확인할 수 있다(Fig. 2).

3.

2

3

이 단계는 본 시뮬레이션 시스템의 핵심 단계로서 앞의 제 1 훈련 단계와는 독립된 별개의 과정으로 별도의 프로그램을 이용 하도록 하였다(Fig. 3). 이 프로그램에서는, 준비 단계에서 만든 환측 골조직의 3차원 모델을 불러들여서 회전, 확대-축소, 이동 하면서 관찰할 수 있다. 물론 건측 영상을 좌우 반전하여 만든 3 차원 모델을 이용할 수도 있다. 관찰 가능한 범위를 실제 관절 경과 같이 제한하지는 않았는데, 이는 훈련 대상자가 스스로 범

위를 제한하면서 연습을 한 후, 결과 확인 시에는 3차원 모델을 자유자재로 조작하면서 관찰할 수 있도록 하기 위함이었다.

훈련 대상자는 관절경과 유사한 범위내에서 3차원 모델을 관 찰하면서, 등장점을 선정한다. 선정한 점의 위치는 프로그램에 서 기억되며. 같은 모델에 여러번 선정을 시행하여 그 결과를 기억시킬 수도 있다. 숙련된 외과의가 적절한 등장점(전방 십자 인대 재건술 시 천공할 중심점)을 선정하여 주고 나면, 훈련 대 상자가 선정했던 점들을 모두 모아서 비교하며 관찰할 수도 있 다(Fig. 4). 또한 선정한 점들의 3차원 좌표를 스프레드쉬트 (spreadsheat, Microsoft Excel) 자료의 형태로 저장하고, 3차 원 공간 상에서의 오차 거리를 계산하며, 그 평균과 표준 편차 를 계산할 수도 있도록 하여, 훈련 초기와 숙련된 후의 정확도 의 변화를 비교할 수도 있도록 하였다.

4. 3

Fig. 5.A rapid prototyping mo- del of a knee is shown.

Fig. 3.The user interface of the second training phase is shown.

In the right window, users can manipulate the model and place isometric points using a mouse. Their coordinates are recorded in the left window and can be exported to a spreadsheet.

Fig. 4.After multiple trials of isometric point placement using the three dimensional model, the results can be reviewed and com- pared with the isometric point locations determined by a super- vising surgeon.

하여, 실제와 동일한 크기의 골조직 실물 조형 모델을 만들도록 하였다(Fig. 5). 훈련 대상자나 숙련된 외과의가 정한 등장점이 이 모델에 표시되도록 하여 이를 실물로 확인하고 필요한 경우 에는 수술장에 직접 가지고 들어가서 확인할 수도 있도록 하였다.

고 찰

컴퓨터 시뮬레이션을 통한 교육과 훈련은 최근 다양한 분야에 서 이루어지고 있으며, 비행 시뮬레이션이 그 대표적인 예이다.

수술 분야와 같이 오차 허용 범위가 좁으면서도, 실제 실행 이 외에는 마땅한 훈련 방법이 없는 분야에서는, 머지 않은 미래에 시뮬레이션을 이용한 교육과 훈련이 널리 사용될 것으로 예상된 다. 컴퓨터 시뮬레이션은 환자에게 피해가 없고, 무제한 반복이 가능하며, 충분한 시간동안 재확인 또는 재수술이 가능하고, 준 비가 용이하다는 장점을 가지고 있다. 본 연구에서 개발된 소프 트웨어는, 실제 환자 개개인의 데이터를 이용할 수 있고, 저가의 개인용 컴퓨터 상에서 작동하며, 별도의 장비를 요하지 않는다 는 추가적인 장점을 가지고 있다. 또한 실제 환자의 CT를 수 분만에 시뮬레이션 재료로 만들 수 있기 때문에, 단순히 슬관절 CT 영상 파일을 모아두는 것만으로도, 우수한 수술 교육 자료 를 축적할 수 있도록 한다는 장점을 가지고 있다.

현실감 있는 컴퓨터 시뮬레이션을 위해서는 3차원 모델의 실 시간 조작이 필수적이다. 이러한 3차원 모델은 수내지 수십 megabytes의 대용량이기 때문에, 불과 수년 전까지만 해도 고 가의 그랙픽스 전용 워크스테이션에서만 다룰 수 있었다. 그러 나 최근 컴퓨터 하드웨어의 급속한 발전과 그래픽스 소프트웨어 의 눈부신 발전은, 이러한 대용량 데이터를 이용한 실시간 시뮬 레이션을 가능하게 하고 있다. 본 연구에서 사용된 컴퓨터는 2000년도에 조립된 구형 모델(조립 당시 가격 100만원대 초반) 임에도 불구하고, 본 프로그램의 실시간 실행에 문제가 없었다.

다만 그래픽 카드만은 OpenGL 가속을 지원하는 기종을 사용 하는 것이 좋은데, 이들의 가격은 현재 10만원 전후여서 경제적 인 부담은 없다고 하겠다.

본 연구에서 개발된 프로그램은 2000년도에 그 기본형이 개 발되었고, 이후 몇 차례의 수정을 거듭하였으며, 2002년 2월부 터는 다른 시뮬레이션 프로그램들과 함께 수술실 컴퓨터에 설치 되어 전공의의 교육 및 훈련용으로 사용되어왔다. 시뮬레이션의 준비가 간단하고 소프트웨어의 사용법이 단순하여, 쉽게 사용법 을 익혀서 사용할 수 있었다. 또한 전방 십자 인대의 손상이 없 는 경골 골절 환자의 슬관절 CT 역시 등장점 설정 훈련용으로 사용할 수 있었다. 제 1훈련 단계의 기능은 전방 십자 인대뿐 아니라 골반골이나 척추와 같은 비교적 복잡한 구조를 가진 뼈 의 해부학을 숙지시키거나 수술 계획을 세우는 데에도 도움이 되었다. 제 2훈련 단계의 기능은 일종의 게임과 같이 사용되어, 레지던트 스스로 훈련을 할 수 있었다. 즉, 각각의 환자의 3차원

모델에 책임 저자가 등장점을 설정하여 저장해두면, 전공의들은 이 3차원 모델을 불러들여 스스로 훈련한 후, 그 결과를 책임 저자가 저장해둔 위치와 비교해볼 수 있었다.

본 연구에서 3차원 재구성을 위하여 사용한 영상은 MRI가 아닌 CT 영상이었다. 이것은 현재로서는 MRI는 CT만큼 조밀 한 간격으로 촬영하는 것이 현실적으로 불가능하고, 이것이 가 능해진다고 해도 슬관절 내의 각종 조직의 구분을 단시간 내에 자동화 또는 효과적으로 반자동화하는 것이 현재로서는 불가능 하여, 표면 렌더링을 이용한 3차원 재구성의 필수적인 전 단계 인 조직 구분에 엄청난 시간을 요하고, 그 결과 얻게 되는 3차 원 영상의 질마저 CT에 비해서 매우 떨어지기 때문이었다. 반 면에 CT는 골조직과 연조직의 구분을 거의 자동적으로 시행할 수 있기 때문에, 단시간 내에 고화질의 3차원 모델링이 가능하 다는 장점을 가지고 있다. MRI의 3차원 재구성은 임상에서는 뇌와 같은 비교적 균질의 조직에서만 이용되고 있으며, 비균질 조직에서의 연구는 진행중이나 아직까지 효과적인 임상 적용은 불가능한 단계이다. 향후 슬관절 MRI의 볼륨 촬영(volume imaging) 기술이 보다 향상되고, 자동 조직 구분 기술이 보다 발전하면, MRI를 이용할 수도 있을 것이다.

일반적으로 슬관절의 CT는 십자 인대를 관찰하는 데에는 별 로 도움이 되지 않는 것으로 인식되고 있지만, 나선형 CT의 다 평면 재구성 영상을 이용하고 창 범위를 잘 조절하면, 정상 슬 관절의 십자 인대를 관찰하는 것은 일반적인 인식에 비해서 상 당히 용이한 일이었다. 나선형 CT는 MRI보다 조밀한(1 mm 간격) 촬영이 가능하여, 다평면 재구성 영상을 이용하여 정상 십자 인대 부착부의 중심점 위치를 판단(제 1훈련 단계의 두 번 째 기능)하는 데에 있어서 MRI보다 훨씬 유리하였다. 그러나 다평면 재구성 영상을 이용하여도 연조직의 경계를 실제 관절경 에서처럼 정확히 구분할 수는 없었다. 이것은 CT 영상에서 관 절낭, 십자 인대, 반월상 연골, 지방 조직 등의 연조직의 화소 값이 유사한 범위를 가지고 있고 서로 중첩되기 때문이었다⁶⁾. 다평면 재구성 영상에서 구한 정상 십자 인대 부착부의 중심점 이 수술 중에 천공하는 부위와는 약간의 오차가 있는 경우가 종 종 있었는데, 이것은 주로 이러한 연조직 경계 구분 능력의 한 계에 기인하는 것으로 생각되었다. 그밖에 CT의 해상도의 한계 와 십자 인대 부착부가 원형이 아니라는 점도 그 원인이 되는 것으로 생각되었다. 물론 3차원 영상에서 한 점을 정한 후에 이 것이 정상 십자 인대의 부착 부위인지를 확인하고 상대적인 위 치 관계를 숙지하도록 하는 기능(제 1훈련 단계의 첫 번째 기 능)은 이러한 오차의 영향을 거의 받지 않기 때문에 유용하게 사용되었다.

이미 국내에도 보급되기 시작한 다중 감광기 CT (multi- detector CT)는 연조직의 경계 구분에 상당한 도움을 줄 수 있 을 것으로 기대된다. 기존의 나선형 CT는 한 개의 감광기만을 이용하여 촬영하는데 비해, 다중 감광기 CT는 4-16개의 감광기 가 평행으로 배열되어 동시에 촬영한다. 따라서 촬영 범위(slab

thickness)의 제한도 적고, 촬영 시간이 짧기 때문에 환자의 움 직임으로 인한 오차의 발생 가능성도 거의 없다. 보다 중요한 특징은 축상면 해상도가 1,024×1,024 (기존의 나선형 CT는 512

×512, 또는 256×256)이고, 절편 두께도 0.1 mm 단위까지 낮 출 수 있기 때문에 매우 뛰어난 해상력과 조직 구분력을 가지고 있다. 지금까지 MRI에 의존했던 많은 진단 및 평가가 다중 감 광기 CT로 이전될 것으로 예상되고 있다. 이 기종이 활발히 보 급되면 본 연구에서 개발된 기법(특히 제 1훈련 단계)은 보다 유용하게 사용될 수 있을 것으로 기대된다.

본 연구에서 개발된 시스템을 사용하여 개개의 환자 데이터를 가지고 수술 전 시뮬레이션을 해보기 위해서는 CT 파일을 DICOM 3.0 형태로 개인용 컴퓨터에 전송할 수 있는 시스템을 갖추어야 한다. 손쉬운 방법은 PACS (picture archiving and communication system)를 이용하는 것이고, 그 외에 인터넷이 나 이동형 저장 매체를 이용할 수도 있다. 저자들의 병원에는 아직 PACS가 설치되어있지 않아서, 근거리 전산망을 이용해서 CT실에서 교수 연구실로 CT 파일을 자동적으로 전송하고 백 업할 수 있는 시스템을 구축하여 사용하고 있는데, 그 구체적인 방법은 별도의 논문으로 발표하고자 한다.

본 연구에서 개발된 프로그램에는 서로 다른 2개의 프로그램 이 따로 존재하는데, 사용 편의성을 위해서 이들을 한 개의 프 로그램으로 통합하는 것을 고려하고 있다. 또한 본 프로그램들 은, 다양한 환자의 CT 데이터를 이용하여 등장점 설정 훈련을 하기 위한 목적으로는 별다른 부족함이 없다고 생각되지만, 본 격적인 관절경 수술을 시뮬레이션하기 위한 가상 관절경 프로그 램이 되기에는 부족함이 많다고 생각된다. 먼저 관절경 끝부분 의 위치를 실제와 유사하게 슬관절 내부로 제한하여야 하고, 실 제와 유사한 관찰 각을 가지도록 해야 할 것이다. 또한 연조직 의 3차원 재구성 영상도 사용 가능하여야 할 것이다.

본 연구에서 개발된 프로그램은 아직까지는 시뮬레이션 프로 그램에 불과하다. 즉, 개인용 컴퓨터 상에서 가상 수술¹⁰⁾을 시행 함으로써 간접적인 수술 경험을 축적하도록 하는 것을 주 목적 으로 한다. 향후 본 프로그램의 장기적인 발전 방향은 1차적으 로는 등장점의 위치를 수술장 내에서 오차 범위 1 mm 이내의 정확도로 알려주는 수술용 항법 장치(surgical navigation sys- tem)²⁾로 발전시키고, 궁극적으로는 십자 인대 재건술 시 대퇴 골과 경골의 정확한 위치에 천공을 해줄 수 있는 로봇으로의 진 화를 목표로 하고 있다. 저자들은 현재 수술용 항법 장치를 개 발 중이며, 가까운 시일 내에 이를 완성하여 발표할 수 있을 것 으로 기대된다.

요 약

본 시스템은 전방 십자 인대 재건술을 시행하기 전에 실제 환 자 개개인의 컴퓨터 모델을 이용하여 등장점 설정 훈련을 시행 할 수 있게 하고, 3차원 실물 조형 모델을 이용하여 이를 실물 로 확인할 수 있게 하여 초심자들의 교육 및 훈련에 유용할 것 으로 생각된다.

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