인터뷰
UCSF에서 영상의학과와 외과 간의 격차를 해소하는 AR, VR, 3D 프린팅
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증강 현실(AR), 가상 현실(VR), 3D 프린팅과 같은 3D 기술은 의사에게 2D 디스플레이에서 3D 이미지로 볼 수 있는 것보다 더 많은 정보를 제공하여 캘리포니아대학교 샌프란시스코 캠퍼스(UCSF)의 수술 계획 수립에 유용하게 활용되고 있습니다. UCSF는 세계 최고의 학술 의료 센터 중 하나로, 다양한 전문 분야에 걸쳐 수준 높은 진료를 제공하고 광범위한 의료 연구 및 혁신 노력을 지원하고 있습니다.
이번 글에서는 UCSF에서 연구 및 환자 치료에 증강 현실을 활용하는 소아 방사선 전문의 제시 코트티어 박사와 이야기를 나눕니다.
UCSF에서 3D 기술(AR/VR, 3D 프린팅)을 사용하는 원동력은 무엇인가요?
UCSF에서는 여러 세부 전문 분야에 걸쳐 매우 복잡한 수술을 위한 의뢰 센터입니다. 따라서 필요한 수술 케이스 계획의 수준은 특히 높습니다. 의료 이미징은 이 계획에서 중요한 역할을 합니다. 3D 이미징은 외과의에게 2D 디스플레이에서 단순한 3D 재구성으로 얻을 수 있는 것 이상의 복잡한 케이스를 계획하는 데 중요한 추가 개념 정보를 제공한다는 사실을 발견했습니다. 개인적으로 소아영상의학 전문의로서 CT와 MRI의 복잡한 정보를 수술 동료들에게 명확하고 이해하기 쉬운 방식으로 전달하는 능력은 매우 중요합니다.
제가 집중하는 분야인 3D 프린팅 및 AR과 같은 3D 기술은 2D 영상의학 세계와 3D 실제 수술 세계 사이의 간극을 메우는 데 도움이 되는 강력한 도구를 제공합니다. 또한, 수술의 관점에서 볼 때 정교한 계획을 통해 이러한 복잡한 케이스에서 발생하는 전반적인 인지 부하를 줄일 수 있는 방법을 찾는 것은 추가적인 이점이 될 수 있습니다.
AR을 적용하는 주요 애플리케이션에는 어떤 것이 있나요?
여러 분야에서 AR을 활용하고 있지만, 특히 AR을 활용한 기획에 적합한 특정 하위 전문 분야를 발견했습니다. 정형외과, 흉부외과, 중재 심장학, 간 이식, 소아외과와 같은 전문 분야는 시각적-공간적 복잡성이 높고 해부학적 변형이 심한 문제를 해결해야 하는 분야 중 하나입니다. 저는 UCSF에서 여러 하위 전문 분야에 걸쳐 80개 이상의 AR 모델을 제작했습니다. 몇 가지 구체적인 예로는 복잡한 소아 팔꿈치 골절, 기형 수술, 대형 간 종양, 매우 복잡한 선천성 심장 질환 등이 있습니다.
저희는 의대생 해부학 소그룹 세션에 모바일 AR 기술을 적용하는 방안도 연구하고 있습니다. 또한 선천성 심장병 환자 교육 환경에서 AR을 활용하는 방안도 연구하기 시작했습니다. 환자의 상태에 대한 이해도를 높임으로써 환자의 순응도를 개선하고 전반적인 불안감을 낮출 수 있는 잠재력을 탐구하게 되어 기대가 큽니다.
AR은 3D 프린팅을 어떻게 보완하나요?
AR은 경제적이고 환경 친화적인 방식으로 신속한 프로토타이핑과 반복적인 모델 개선을 가능하게 함으로써 3D 프린팅을 보완한다고 생각합니다. 실제 모델의 일부 제약 조건(중력, 두께, 프린터 크기, 비용)에 관계없이 모델을 반복적으로 테스트하고 전체 해부학적 스케일로 볼 수 있습니다. 또한 물리적 모델링 없이도 동료와 3D 모델을 공유하여 원격으로 협업할 수 있습니다.
의료 이미지 데이터 준비에 어떤 소프트웨어를 사용하시나요?
처음에는 프리웨어와 상용 애플리케이션을 사용하여 3D 세계에 입문했습니다. 하지만 UCSF에서 여러 가지 모델 유형을 만드는 작업을 진행하면서 점점 더 정교한 소프트웨어 애플리케이션의 필요성을 인식하게 되었습니다. 견고하고 다양한 기능을 포함하며 사용자 경험과 사용자 인터페이스 디자인에 주의를 기울인 소프트웨어가 필요했습니다.
제가 공동 디렉터로 있는 Center for Advanced 3D Imaging + 를 통해 UCSF에서는 Materialise Mimics Innovation Suite를 구매했는데, 그 기능과 성능에 매우 감명을 받았습니다. 현재 저는 'Radha'(또는 홀로그램 증강이 적용된 방사선학)라고 명명한 Microsoft HoloLens용 특정 AR 앱에 최적화하기 위한 마지막 단계로 Blender를 사용하여 AR에 최적화된 색상, 음영 효과 및 폴리곤 수를 추가하고 있습니다.
Materialise 소프트웨어가 작업을 어떻게 향상시켰나요?
현재 ZSFGH 정형외과 외상 연구소의 동료들과 함께 진행 중인 프로젝트는 복잡한 비구 골절의 수술 전 분류를 개선하기 위해 3D AR 모델을 평가하는 것입니다. 이러한 모델을 통해 골절 분류에서 관찰자 간 변동성을 낮출 수 있으며, 이를 통해 적절한 임상 관리가 가능할 것으로 예상합니다. 우리는 Mimics 소프트웨어의 두께 분석 툴로 생성된 3D AR 모델이 뼈 두께에 따라 최적의 고정 장치 배치를 결정하는 능력을 조사하는 것을 목표로 합니다.
AR을 사용하여 영향을 받은 구체적인 사례나 환자를 공유해 주시겠어요?
한 가지 특별한 사례는 매우 복잡한 선천성 심장 및 복부 기형으로 광범위한 흉벽 및 복벽 재건 수술이 필요한 환자였습니다. 이 케이스는 소아외과, 소아흉부외과, 성형외과 외과의사들 사이에서 계획되었습니다. 케이스를 세분화하여 피부 표면, 뼈, 심장, 폐, 기도, 고형 장기, 장 등을 포함한 실제 크기의 홀로그램 모델을 만들었습니다. 이 모델은 다른 방법으로는 매우 비용이 많이 들고 표시하기가 어려웠을 것입니다. 수술 전 수술 계획 회의에서 외과 동료들과 이 모델을 검토했는데, 성공적이었습니다!
앞으로 의료 분야에서 이 기술이 지속적으로 성장하기 위해 필요한 것은 무엇일까요?
증강 현실이 마취 시간, 전체 수술실 시간, 형광 투시 검사 시간 등 임상 결과에 미치는 영향에 대한 지속적인 증거 구축이 증강 현실의 광범위한 채택에 중요하다고 생각합니다. 단순히 정적인 표현이 아닌 생리적 움직임(호흡, 심박수 등)을 반영하는 애니메이션 모델과 같이 더 크고 복잡한 모델을 구현하기 위해서는 AR 하드웨어와 소프트웨어 모두에서 지속적인 혁신이 필요합니다. 이를 통해 수술 전 계획 수립 등을 위한 사실적인 시뮬레이션과 개념화가 가능해집니다.
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