수의학 훈련을 위한 슬개골 수술 햅틱 시뮬레이터

이준(Jun Lee),엄기동(KiDong Eom),서안나(Anna Seo) 한국컴퓨터그래픽스학회 2020 컴퓨터그래픽스학회논문지 Vol.26 No.1

소동물의 슬개골 수술은 인간의 뼈보다 약하여 수술의 난이도가 어렵기 때문에, 소 동물의 슬개골 탈구 치료 수술 과정의 학습은 수의사에게 매우 중요하다. 소 동물의 슬개골 수술 훈련은 사체를 이용한 훈련을 하고 있으나 소 동물의 사체가 부족하기 때문에 시청각 자료나 수술 참관으로 수술을 학습하고 있어 수의학과 학생 및 전문 수의사들에게 충분한 훈련 환경이 제공되지 못하는 상황이다. 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위하여 소동물의 슬개골 수술을 위한 햅틱 시뮬레이터를 제안한다. 제안한 시뮬레이터는 슬개골 드릴링 수술에 적용시켰으며 소동물의 드릴링에 대한 Force Feedback을 모델링하고 햅틱 인터페이스를 제공하고, 사용자가 몰입하여 수술 경험을 할 수 있는 워크 벤치를 제공하였다. 본 논문에서 제안된 슬개골 햅틱 시뮬레이터가 제공하는 드릴링 과정에서 햅틱 피드백에 대한 사용자 평가 결과 유의미한 결과를 얻을수 있었다. Patella surgery of small animal is an important veterinary surgery that the veterinarian should saw and drill the dislocated patella in order to fix the corrected position. However, the animal protection laws restrict the veterinarian students’ chances for the practice and training of the patella surgery. This paper proposed a haptic based patella surgery simulator for veterinarian students. We modelled force feedback methods in order to provide best similar haptic feedbacks to the real drilling feedbacks in the patella surgery. The proposed patella drilling simulator provides haptic interface as a drill and a workbench in order to provide best surgery experiences. We conducted the performance evaluations in order to prove usability of the proposed patella surgery interface.

움직임 기반 진단 및 치료 평가를 위한 인공폐결절 개발

우상근,박노운,박승우,유정우,한수철,이승준,김경민,강주현,지영훈,엄기동,Woo, Sang-Keun,Park, Nohwon,Park, Seungwoo,Yu, Jung Woo,Han, Suchul,Lee, Seungjun,Kim, Kyeong Min,Kang, Joo Hyun,Ji, Young Hoon,Eom, Kidong 한국의학물리학회 2013 의학물리 Vol.24 No.1

진단 및 치료분야에서 호흡 움직임이 미치는 영향에 대한 연구는 외부 움직임을 관찰하여 실시되었으나, 이러한 외부 움직임은 내부 장기의 실제 움직임을 반영하지 못한다. 이에 본 연구에서는 개의 흉부 내 비침습적 이식이 가능한 인공 폐결절을 제작하여 동물실험에 대한 적용가능성을 확인하고 PET 영상 획득 및 방사선조사 시 움직임의 영향을 평가하고자하였다. 인공폐결절은 8 Fr 일회용 위장용 영양공급튜브를 개조하여 제작하였다. 제작된 결절모델은 마취된 개 4마리에 기관을 경유하여 기관지에 삽입한 뒤 방사선투시장치를 이용하여 위치를 확인하였다. PET 촬영용 인공폐결절은 내강에 $^{18}F$-FDG를 주입한 뒤 호흡운동 모사체에 장착하여 정지 상태, 10 rpm과 15 rpm의 종축 왕복운동간 PET 촬영을 실시하였다. 방사선조사용 인공폐결절은 유리선량계를 이식한 뒤 PET 촬영 시와 동일한 호흡운동 모사체에 장착하여 정지 상태, 10 rpm과 15 rpm의 종축 왕복운동간 1 Gy 선량을 조사하였다. 인공폐결절은 방사선투시장치 영상에서 실험동물의 후엽 근위부 세기관지에 이식되며 호흡에 따라 결절의 위치가 변화함을 확인하였다. PET 영상에서의 인공폐결절은 모사된 호흡 움직임에 따라 움직임에 의한 인공산물을 나타내었으며, 호흡동조게이트 시 SNR은 7.21로 기준영상의 SNR 10.15에 비해 감소하였으나 프로파일상 게이트영상의 영상계수는 정적영상에 비해 기준영상과 유사하여 PET 영상의 질을 개선함을 확인하였다. 방사선조사 실험간 인공폐결절 내 삽입된 유리선량계에 조사된 조사선량은 정지 상태와 10 rpm의 종축 왕복운동에서 0.91 Gy로 차이를 보이지 않았으나, 15 rpm의 종축 왕복운동에서 0.90 Gy로 오차범위 내 감소를 나타내었으며, 이온 전리함을 통한 조사선량 검출에서도 근소한 감소를 나타내었다. 본 실험에서 제작된 인공폐결절은 실험동물의 후엽 근위부 세기관지에 높은 재현성을 보이며 방사선투시 영상에서 폐의 내부 움직임을 반영하였다. PET 영상 내 움직임에 의한 인공산물이 관찰되며, 방사선 조사연구에서는 호흡운동이 미약한 영상 흐림을 일으킴을 확인하였다. 따라서 본 인공폐결절은 진단 및 치료분야에서 실험동물을 이용한 움직임 기반 진단 및 치료 평가에 유용한 도구로 사용될 것으로 기대된다. Previous studies about effect of respiratory motion on diagnostic imaging and radiation therapy have been performed by monitoring external motions but these can not reflect internal organ motion well. The aim of this study was to develope the artificial pulmonary nodule able to perform non-invasive implantation to dogs in the thorax and to evaluate applicability of the model to respiratory motion studies on PET image acquisition and radiation delivery by phantom studies. Artificial pulmonary nodule was developed on the basis of 8 Fr disposable gastric feeding tube. Four anesthetized dogs underwent implantation of the models via trachea and implanted locations of the models were confirmed by fluoroscopic images. Artificial pulmonary nodule models for PET injected $^{18}F$-FDG and mounted on the respiratory motion phantom. PET images of those acquired under static, 10-rpm- and 15-rpm-longitudinal round motion status. Artificial pulmonary nodule models for radiation delivery inserted glass dosemeter and mounted on the respiratory motion phantom. Radiation delivery was performed at 1 Gy under static, 10-rpm- and 15-rpm-longitudinal round motion status. Fluoroscpic images showed that all models implanted in the proximal caudal bronchiole and location of models changed as respiratory cycle. Artificial pulmonary nodule model showed motion artifact as respiratory motion on PET images. SNR of respiratory gated images was 7.21. which was decreased when compared with that of reference images 10.15. However, counts of respiratory images on profiles showed similar pattern with those of reference images when compared with those of static images, and it is assured that reconstruction of images using by respiratory gating improved image quality. Delivery dose to glass dosemeter inserted in the models were same under static and 10-rpm-longitudinal motion status with 0.91 Gy, but dose delivered under 15-rpm-longitudinal motion status was decreased with 0.90 Gy. Mild decrease of delivered radiation dose confirmed by electrometer. The model implanted in the proximal caudal bronchiole with high feasibility and reflected pulmonary internal motion on fluoroscopic images. Motion artifact could show on PET images and respiratory motion resulted in mild blurring during radiation delivery. So, the artificial pulmonary nodule model will be useful tools for study about evaluation of motion on diagnostic imaging and radiation therapy using laboratory animals.

증강현실 기술을 사용한 수의학 교육용 정맥 주사 훈련 시뮬레이터

이준(Jun Lee),서안나(Anna seo),김원종(WonJong Kim),김지인(Jee-In Kim),이승연(SeungYeon, Lee),엄기동(KiDong, Eom) 한국HCI학회 2012 한국HCI학회 논문지 Vol.7 No.2

수의대 학생들은 동물을 대상으로 의료 행위를 실습하고 훈련을 하는 과정을 통하여 동물에 대한 치료 방법을 배우고 경험한다. 하지만, 동물 보호법으로 인해 훈련에 필요한 동물 실험에 대한 규제가 확대되고, 실험에 사용되는 동물에 대한 실험 횟수를 제한하면서, 수의대 학생들의 동물 대상 교육 및 훈련의 기회가 줄어들게 되었다. 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위한 증강현실 기반의 동물 훈련 시뮬레이터를 제안한다. 동물 의료 훈련 과정중에서 가장 사용 빈도가 높으면서도 초보자들이 어려움을 겪는 정맥 주사 훈련을 시뮬레이션 대상으로 선정하였다. 본 논문에서 제안한 시뮬레이터는 동물에 대한 의료 훈련의 사실감을 높여주기 위해서 실제 개다리의 모습을 사용한 훈련 도구를 개발하였다. 또한 실제 정맥주사 훈련 과정에서 사용되는 주사기를 개조하여 사용자의 실험 행위 인식 및 이에 따른 Force Feedback을 제공하는 장치를 개발하였다. 마지막으로 실험에 참여하는 사용자들의 행위를 인식하고 이에 알맞은 시각적 피드백을 주기위해 Work Bench 기반의 증강 현실 시스템을 개발하였다. 제안한 증강현실 기반의 동물 훈련 시뮬레이터에 대한 성능 평가를 실시한 결과 제안한 시뮬레이터는 시뮬레이터를 사용하지 않는 전통적인 비디오 기반의 교육 방법이나 HMD (Head Mounted Display) 디스플레이를 착용한 증강현실 시스템보다 교육 효과가 뛰어나다는 결론을 얻을 수 있었다. A veterinay student learns and experiences veterinay processes through experiments and practices using real animals. However, animal protection laws regulate animal experiments and restrict number of the experiments on laboratory animals, veterinary students would have less chances of the experiments and the practices for their veterinary training with real animals. This paper proposes a simulator for veterinary education based on augmented reality(AR). We selected an intravenous injection procedure for the simulation because the injection procedure is the most frequently used procedure during veterinary training and the most difficult stage for beginning veterinary students. The proposed AR simulator provides with a tangible prop, of which shape looks like a leg of a real dog. It also has a injection simulator, which receives user"s input and sends force feedbacks to indicate results of the injection simulation. We developed a WorkBench type AR system with and LED display and cameras for visual information processing. Finally, we evaluated its performance through experiments and user studies to check its acceptance level and usability of the proposed system. We compared the proposed system with a traditional video based education and an AR based system using a head mounded display(HMD). The results showed that the proposed system showed better performances over these systems.

증강현실 기반 소동물용 정맥 주사 훈련 시스템을 위한 객체 추적 방법 비교

김원종(WonJong Kim),이준(Jun Lee),김지인(Jee-In Kim),김형석(HyungSeok Kim),이승연(SeungYeon Lee),엄기동(KiDong Eom) 한국HCI학회 2013 한국HCI학회 학술대회 Vol.2013 No.1

증강현실(Augmented Reality) 기술 발전에 따라 증강현실 기술을 활용한 콘텐츠가 교육, 의료, 산업 등 여러분야에서 폭 넓게 개발이 되고 있다. 증강현실 콘텐츠 제작에 사용이 되는 핵심적인 기술 중의 하나는 객체를 등록하여 가상의 객체를 3차원 좌표계에서 실질적인 환경과 일치시키는 것으로, 마커 추적, 영상의 특징 점 추적 그리고 광원 추적 등의 방법이 있다. 하지만, 이 방법들을 증강현실 기반의 Workbench와 같이 협소한 공간 안에서 사용하는 경우, 추적해야 할 객체의 크기가 작다면 제약사항이 따른다. 본 논문에서는 작업공간이 협소한 증강현실 환경에서의 객체 추적 과정에 대해 위의 세 가지 방법을 대상으로 정량적 및 정성적 비교 평가를 수행한 결과를 보고한다. 평가 결과, 광원 추적 방법이 정확도와 객체 움직임의 자유도 측면에서 가장 뛰어난 성능을 보였다. As Augmented Reality (AR) has been developed, AR based contents have been widely applied to various areas such as education, medicine, industry and so on. In case of developing AR contents, one of required key techniques is object registration which synchronizes a virtual object and a real object in a real world environment. Three popular methods are currently available: marker tracking, feature tracking and infrared tracking. But, these methods have constraint when users and objects are located in a narrow workspace and the objects are small in their sizes. In this paper, the three methods were applied to an AR based intravenous injection training system and their performances were evaluated. The results showed that the infrared tracking demonstrated the best performance.