CAVE™-like 시스템을 이용한 수술실환경 시뮬레이션 프로토타입 구현

Abstract

Since the field of medicine deals with human bodies, it needs to provide ample training and education opportunities. There are limits with the existing medical education, however. First, there are limited opportunities in terms of conducting operations on human bodies in an operating room environment. Second, the effects of education are often reduced due to the stressful environment. Third, it costs a lot of money to use dead human bodies and it is hard to access certain parts of the body such as the pelvis and the labyrinth. It is also difficult to find a line that discerns one part from another. These are reasons why medical training often fails to produce tangible results. The medical simulation that adopts virtual reality technology allows users to address these shortcomings and help medical students have experience without bearing risk, since it uses virtual human bodies. It can be also adopted for the field of medical simulation, providing a training and education environment, in which students conduct tests on 3D human body models repeatedly and precisely. Hence the main part of this paper aims at building a prototype of operating room environment based on CAVE^(TM)-like system so as to allow interaction with users and provide more concentrated virtual space than the existing desktop-based monitor and table environment. To do this, this paper creates a 3D model of key organs and bone. It also provides 2D images along with 3D ones and also offers an anatomical chart that describes the name and structure of each part. It also helps medical students to concentrate by creating an environment similar to an operating room. It also provides interaction based on VRML sensors and Java script to create a more realistic environment. Interaction ranges from 3D models of key organs and bone and a 2D anatomical chart comprising detailed information about each organ and bone part. It also shows how each step of procedures is made in an operating room based on user operations. It is very dangerous to make experiment on human in a medical field. Not many people get the opportunity for the real patient operation in the real operation room. So we cannot expect the effectiveness of the training in very stressful training environments. Often, we use dead body for the anatomy experiment but this method is very expensive. Sometimes, we face the difficulty to access and distinguish for certain parts. We could use books, video, CD-ROM for the anatomy experiment but it is 2D environment and it does not have detailed anatomy information. This dissertation is about overcome this experimental barrier. CAVE^(TM)-like system has a operation room prototype with 3 dimensional view, user friendly point of view, wide view, interaction, and etc. It has a real world like operation environment interaction using with VRML censor and script. So user is easy to immersed using this detailed 3D human model and 2D anatomical chart. It gives very effective and economic virtual medical simulation. So it is effective in precise and dangerous experimental environment.;의학 분야는 인체를 다루기 때문에 많은 교육과 훈련의 기회가 필요하다. 기존의 의학 교육 분야에서 제약점은 우선, 수술실 내에서 실제 환자를 대상으로 하는 시술 기회는 매우 제한적이며, 스트레스를 많이 받는 환경이기 때문에 교육 효과는 충분히 나타나지 못하고, 시신을 사용하는 방법 또한 막대한 비용이 필요하고, 인체 부위(골반, 귀 내부 등)에 따라 접근이 어렵거나, 쉽게 구별 가능한 경계표시가 불명확하기 때문에 의미있는 훈련이 되지 못하는 경우가 많다는 것이다. 가상현실을 응용한 의료 시뮬레이션은 이러한 제약점들을 극복하고 가상인체를 활용하여 위험 부담없이 작업을 익힐 수 있도록 해준다. 또한 가상의 3차원 인체모델을 대상으로 정확하고 반복적인 훈련 및 교육을 할 수 있는 환경을 제공하기 때문에 의료 시뮬레이션 분야에 도입되어 효과적으로 활용될 수 있다. 따라서 본 논문에서는, 사용자와의 상호작용이 가능하고, 기존의 데스크탑 기반 모니터와 테이블 형태의 가상환경 보다 몰입된 가상공간을 체험할 수 있도록 해주는 CAVE^(TM)-like 시스템에서의 수술실 환경 프로토타입을 구현하였다. 이를 위하여, 인체의 주요 장기와 뼈를 삼차원 모델로 생성하고, 이 삼차원 모델과 동시에 이에 대한 이차원 단면 영상과 각각의 명칭 및 구조를 설명하는 해부도를 제공하도록 하였다. 또한 실제 수술실과 유사한 환경을 제공해 줌으로써 몰입감을 향상시켰다. 이에 덧붙여 VRML의 센서와 자바 스크립트를 사용하여 인터렉션을 제공하여 보다 현실감있는 환경을 제공한다. 인터렉션으로는 인체의 주요 장기와 뼈의 삼차원 모델과 각 주요 장기와 때에 대한 상세한 정보를 담고 있는 이차원 해부도를 포함한 수술실 환경에서 중요한 수술과정을 사용자의 조작에 의해 단계적으로 보여주는 것을 포함한다.