KR20030083695A - 외과적 치료의 시뮬레이션 방법 및 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가상 환경에서 장기를 포함하는 신체 대상물에 대한 외과적 치료를 시뮬레이션하는 방법 및 시스템에 관한 것이다. 가상 환경은 신체 대상물의 기하학적 특성 및 기계적 특성을 반영하는, 수리적으로 묘사된 신체 대상물의 3차원 모델과, 상기 모델에 영향을 미칠 수 있도록 물리적인 공급 수단에 의해 제어되는 가상 기구를 포함한다. 이 방법은, 가상 기구가 단지 상기 모델과 상호 작용하는 것에 관하여, 실재 신체 대상물의 기록된 투시도를 포함하는 비디오 영상에 의해 상기 모델의 2차원 투영을 재연하는 단계를 포함한다. 추가로, 본 발명은 수개의 외과적 치료를 포함하는 수술을 시뮬레이션하는 방법에 관한 것이다.

Description

외과적 치료의 시뮬레이션 방법 및 시스템 {METHOD AND SYSTEM FOR SIMULATION OF SURGICAL PROCEDURES}

본 발명은 일반적으로 외과적 치료의 시뮬레이션에 관한 것이고, 구체적으로 가상 환경에서 최소 침습성 외과적 치료의 시뮬레이션에 관한 것이다.

현대 외과술에서, 최소 침습성 기술의 응용이 점점 더 증가하고 있다. 이렇게 비교적 신규한 분야의 기술 개발은 신속히 진보되며, 그 결과 외과 의사가 고도로 숙련될 필요가 있다. 훈련이 보다 효과적으로 이루어지게 하는 한가지 방법은 컴퓨터 시뮬레이션을 이용하는 것이다. 신뢰할 만한 시뮬레이션을 제공하는 공지의 기술은 매우 복잡하며 프로세서와 메모리의 형태에서 컴퓨터 효용과 관련하여 고비용적이다. 더욱이, 이 결과는 실현 가능한 시뮬레이션 환경을 제공하기에 충분치 않다. 실제로 해부술을 보여주는 시각 특성은 시뮬레이션을 재현하기 어렵고 시간 소비적이다.

복강경 검사 분야에서, 환자의 사진 정보를 의사에게 제공하기 위해 카메라를 이용한다. 카메라가, 예를 들어 복강 내부를 찍은 사진이 디스플레이 스크린에 표시된다. 의사가 조작하는 모든 기구 및 해부술이 카메라와 디스플레이 스크린에 의해 재생된다. 의사는 기구를 제어하고 작동시키기 위해 디스플레이 스크린 상의 정보를 이용하여 외과 수술에 필요한 치료를 수행한다. 최소 침습성 기술은 디스플레이 스크린에 의해 의사에게 정보를 제공하기 때문에, 3차원의 실재감이 디스플레이 스크린 상에서 2차원으로 축소된다. 따라서, 이 사진은, 다른 것들 중에서도 특히, 실재 존재하는 깊이에 대한 정보가 부족하다. 의사는 명암 조건, 색채 등을 검토하여 이러한 정보의 부족을 보완하여야 한다.

현대의 컴퓨터 공학에 의해, 컴퓨터 프로프램에 의해 생성된 가상 환경에서 실재적인 훈련 상황을 제공하는 것이 가능하다. 컴퓨터 프로그램에서, 시뮬레이션과 관련된 대상물의 3차원 모델이 제공된다. 실재 상황에서 카메라가 찍은 사진 정보와 일치하는 투영이 사용자에게 제공된다. 이것은 기구 및 해부술 등의 모든 시각 정보가 컴퓨터에 의해 묘사되는 것을 의미한다. 그러나, 컴퓨터가 재현하려는 사진 정보와 카메라가 찍은 실제 사진 사이에는 여전히 상당한 차이가 존재한다. 실제로 의사가 사용하는 대부분의 사진 정보, 예를 들어 실제 상황에 존재하는 빛 효과와 해부적 구조, 호흡 및 맥박 박동 등의 인자는 컴퓨터에서 사실적으로 재현되기 어렵다.

외과 분야의 수많은 복잡한 공정들은 컴퓨터에서 완전히 시뮬레이션되는 것이 불가능하지 않다면, 많은 비용이 든다. 이것은, 과정을 수행할 때 일반적으로 존재하는 연속성이 결여된 짧은 공정들만으로 시뮬레이션이 구성될 수 있음을 의미한다. 예를 들어, 미국 특허 5,791,907호에서, 램쇼(Ramshaw) 등은 전체 수술을 시뮬레이션하기 위한 시스템에 대해 기술하고 있다. 그 해답은 수술 중의 별개의 공정들을 시각화하여 기록한 비디오 영상의 데이터베이스에서 발견된다. 이후, 실재 시뮬레이션은 개별적인 공정을 나타내는 비디오 영상을 사용자에게 제시하는 것으로 구성된다. 이어서, 사용자는 많은 질문을 받는다. 그 다음, 질문에 대한 답변에 의해 확정된 연속적인 수술을 보여주는 비디오 영상을 상연한다.

발명의 목적

본 발명의 목적은 실재적인 시뮬레이션 환경을 제공하고, 상기 언급한 문제를 모두 또는 부분적으로 해결하는 방법 및 시스템을 제공하는 것이다. 추가 목적은 전체 수술의 실재적인 시뮬레이션 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.

이것은 첨부된 청구항에 따른 방법 및 시스템에 의해 달성된다.

발명의 요약

본 발명은 컴퓨터 유닛이 제공하는 가상 환경에서, 장기와 같은 신체 대상물에 대한 외과적 치료를 시뮬레이션하는 방법에 관한 것이다. 이 환경은, 적어도 상기 신체 대상물의 기하학적 특성 및 기계적인 특성을 반영하는, 수리적으로 묘사된 상기 신체 대상물의 3차원 모델과, 상기 모델에 작용할 수 있도록 상기 프로세싱 유닛에 연결된 물리적 공급 수단에 의해 제어되는 가상 기구를 포함한다. 본 발명의 방법은, 가상 기구가 단지 상기 모델과 상호 작용하는 것에 관하여, 실재 신체 대상물의 기록된 투시도를 포함하는 비디오 영상에 의해 상기 모델의 2차원 투영을 재연하는 단계를 포함한다.

가상 환경에서, 대상물은 다른 각도로 보여질 수 있으나, 실재 환경과 유사하도록 종종 제한이 가해진다. 예를 들어, 복부 수술에서, 가상 환경의 사용자가 실재 상황에서 물리적으로 가능한 방향으로만 조작할 수 있도록 제한을 둘 수 있다. 최소 침습성 수술에서, 신체 내부를 촬영하기 위해 복강경 카메라를 이용한다. 그 결과, 사용자가 그 자신을 하나 이상의 투시 각도로 제한하게 된다. 결과적으로, 가상 환경, 즉 투시 각도가 결정되고, 이 각도에 의해 3차원 모델로부터 2차원 투영이 생성된다. 이 2차원 투영은 복강경 카메라가 신체 내부를 찍을 때 보여지는 것과 일치한다. 본원에서 이용된 신체 대상물이란 외과적 치료를 받는 신체내 어떠한 부분, 예를 들어 간, 심장 등의 장기, 또는 예컨대 암 종양을 의미한다. 컴퓨터 유닛은 관련 설비를 갖춘 컴퓨터, 예를 들어 퍼스날 컴퓨터로 구성될 수 있다.

본원에서 이용된 가상 기구는 물리적 공급 수단에 의해 제어된다. 공급 수단은, 예를 들어 실재 수술에 이용되는 것들과 유사한 기구들로서, 센서가 달린 스탠드에 장착될 수 있다. 이러한 물리적 공급 수단의 일례가 이머션 코포레이션 (Immersion Corporation), USA에서 제조한 "복강경 충격 엔진(Laparoscopic Impulse Engine)"이다. 이것은 자유 5도, 즉 중심점에 대한 회전 (기구가 신체로 삽입되는 지점), 내부 및 외부에서 기구의 세로 동작성, 기구의 축을 도는 회전 및 흥미로운 기능을 허용한다. 사용자가 가상 대상물과 상호 작용하는 기구가 어디에 위치하는지를 확인할 수 있도록, 가상 기구를 또한 디스플레이 스크린 상에 표시한다. 편리하게, 디스플레이 스크린 상에서 가상 기구의 초기 위치를 프로세싱 유닛에 의해 결정하고, 후속적으로 이들을 공급 수단을 이용한 작동을 기초로 가상 환경에서 이동시킨다.

가상 대상물에 대한 투시 각도가 고정되므로, 맥박, 호흡 또는 중재로 인한 움직임에도 불구하고, 2차원 투영이 본질적으로 동일해진다. 모델 대상물의 실재외관을 얻기 위해 안출된 표면이 생성되면, 수술을 시뮬레이션하는 것이 가능할 것이다. 그러나 서두에서 언급한대로, 이것은 실재 환경을 초래하지 않는다. 따라서, 본 발명의 방법은 기록된 비디오 영상을 이용한다. 본 발명에 따른 방법은 호흡 및 맥박과 같은 대상물의 자연적인 동작을 나타내는 실재적인 시뮬레이션 환경을 제공한다. 컴퓨터가 생성한 신체 대상물의 3차원 모델의 투영을, 기록된 비디오 영상으로 대신함으로써, 상당히 고도의 실재감이 달성된다. 본 발명의 배경이 되는 기본적인 착상은 서로 다른 사람에게 존재하는 신체 장기가 본질적으로 동일한 구조를 갖는다는 것이다. 그러나, 컴퓨터를 근거로 한 장기 모델은 본질적으로 필름 상의 장기와 유사하여야 한다. 그밖의 해법과 달리, 본 발명은 장기의 유사성을 근거로 하며, 즉 본 발명은, 예를 들어, 위의 일반적인 모델을 근거로 하여 여기에 비디오 영상을 적용할 수 있다. 그러나, 사진 재료에 의해 일반적인 모델 그 자체에 작용을 가하거나 모델 특성에 대한 정보에 의해 사진 재료에 작용을 가함으로써 개작하는 것이 필요할 수 있다. 그러나, 가상 기구가 컴퓨터 모델 상에 작용하고, 비디오 영상에는 작용하지 않는 것이 중요하다. 비디오 영상이 호흡 및 맥박의 박동과 같은 제한된 특정 동작을 모델내에 포함하기 때문에, 근거가 되는 모델은, 가상 기구에 의한 수술이 가상 모델에서 비디오 영상으로 보여질 수 있는 지점과 동일한 지점에 가해지도록 상응하게 움직일 필요가 있다.

컴퓨터 모델에서 변화를 가시화하기 위해, 변화가 어떻게 보여지는지를 만들어 볼 필요가 있다. 이렇게 하는 한가지 방법은 상기 가상 기구에 의해 작용되는 상기 모델의 안출된 표면 및 단지 이것의 일부만을 제공하고, 상기 비디오 영상 중에 상기 안출된 표면을 이중 인화하는 것이다. 따라서, 변화되어지는 이것의 단지 일부만이 안출될 필요가 있으므로 공지된 시스템 및 방법에 비해 우수한 잇점이 달성된다. 이에 의해 컴퓨터 설비를 줄일 수 있으나, 무엇보다도 시각 효과에서 사용자가 느끼는 실재감을 증가시킨다. 결과적으로, 전체 대상물이 필름화된 영상으로서 사용자에게 보여지고, 이에 의해 사용자는 2차원 사진에서 3차원성을 재현할 수 있는 한편, "실재감"이 증가된다는 점이 중요하다. 바람직하게는, 비디오 영상이 모든 호흡 및 맥박 주기를 포함한다. 특정 시기 동안에 호흡보다 맥박의 박동수가 더 많기 때문에, 비디오 영상은 적절하게 맥박의 박동과 호흡이 동시에 발생할 때 시작하여 맥박의 박동과 호흡이 동시에 발생할 때 끝나는 영상을 포함한다. 이렇게 하는 이유는 가상 환경이 실재와 가능한 한 유사해야 하기 때문이다.

추가로, 본 발명은 모델과의 상호 작용에 의해 가상 기구가 어떻게 영향을 받는지를 보여줄 수 있다. 가상 기구가 모델과 상호 작용하는 동안, 비디오 영상은 단지 시각적인 것이며, 따라서 모델에서 깊이에 관한 정보를 이용하기 때문에, 기구가 모델의 돌출부에 의해 완전히 또는 부분적으로 숨겨진다면 이에 대한 정보가 수득된다. 예를 들어, 바늘이 장기벽을 관통하여 부분적으로 숨겨지거나, 기구가 수술받는 대상물의 전경에 위치한 장기에 의해 보이지 않을 수 있다.

가상 기구가 3차원 가상 환경에서 움직이므로, 사용자가 2차원 투영의 시각적 인상을 기초로 3차원 환경을 어떻게 구성하느냐를 정확하게 추정할 수 있도록 분석하는 것이 중요하다. 바람직하게는, 따라서 본 방법은 가상 기구의 동작 또는 대상물과의 상호 작용에서 하나 이상의 파라미터를 측정하는 단계를 포함하고, 이파라미터는 사용자의 기술을 반영한다. 이 기술을 평가하기 위해 측정될 수 있는 파라미터는 시간, 조직과의 충돌수, 부정확한 공정의 수 등이다. 구조화 방식에서 시뮬레이션을 철저히 함에 의해, 학습력, 특히 시뮬레이션 당시 사용자가 관찰하지 못한 부정확하게 제작된 공정의 학습력을 개선시킨다.

추가로, 본 발명은 컴퓨터 유닛이 제공하는 가상 환경에서 신체 대상물, 예컨대 장기에 대한 다수의 외과적 치료를 포함하는 외과 수술을 시뮬레이션하는 방법을 포함한다. 이 환경은, 신체 대상물의 하나 이상의 기하학적 특성 및 기계적인 특성을 반영하는, 수리적으로 묘사된 신체 대상물의 3차원 모델과, 상기 모델에 작용할 수 있도록 상기 프로세싱 유닛에 연결된 물리적 공급 수단에 의해 제어되는 가상 기구를 포함한다. 이 방법은, 실재 신체 대상물의 기록된 투시도를 포함하는 비디오 영상에 의해 상기 모델의 2차원 투영을 재현하는 단계, 수많은 별개의 수술 단계 동안 대상물을 반영하는 다수의 상태로 상기 모델을 제공하는 단계, 개개 상태에서 실재 대상물의 자연적인 움직임에 상응하는 최초의 다수의 비디오 영상을 제공하는 단계, 대상물이 일 상태에서 또 다른 상태로 어떻게 변화하는지 보여주는 외과적 치료를 각각 시각화하는 다수의 두번째 비디오 영상을 제공하는 단계, 그리고 일 상태에서 또다른 상태로 대상물을 변화시키기 위해, 공정의 시뮬레이션과 공정의 시각화를 관찰한 것 중에서 하나를 사용자가 선택하도록 하는 단계를 포함한다.

결과적으로, 전 수술의 시뮬레이션이 달성될 수 있다. 다수의 개별적인 수술 단계 동안 대상물을 반영하는 상태는, 예를 들어 변화되지 않는 초기 상태의 대상물, 봉합을 위해 절개된 대상물, 또는 봉합이 완료된 대상물로 구성될 수 있다. 이러한 방법으로 훈련 과정이 제공되고, 여기에서 실재 공정의 연속성이 실재 사진 정보를 이용함으로써 축적된다. 그 결과, 사용자는 자신이 연습하기 원하는 공정의 제조를 선택하는 가공력을 가지는 반면, 이미 잘 알고 있거나 다루고 싶지 않은 공정의 시각화를 단지 고찰하기 위해 선택할 수 있으므로, 미국 특허 출원 제 5,791,907호에 제시된 해법과 같이. 순수하게 비디오 영상에 수반된 해석을 근거로 하는 시스템보다 우수한 잇점을 초래한다. 게다가, 별개의 외과적 치료가 낱낱이 시뮬레이션되지 않고 장면 중에 삽입되어 있을 때 충분히 포괄적으로 이해할 수 있다.

더욱이, 본 발명은 컴퓨터 유닛이 제공하는 가상 환경에서 장기와 같은 신체 대상물에 대한 외과적 치료를 시뮬레이션하는 시스템을 포함한다. 이 환경은 신체 대상물의 하나 이상의 기하하적 특성 및 기계적인 특성을 반영하는, 수리적으로 묘사된 상기 신체 대상물의 3차원 모델과, 상기 모델에 작용할 수 있도록 상기 프로세싱 유닛에 연결된 물리적 공급 수단에 의해 제어되는 가상 기구를 포함한다. 이 시스템은, 가상 기구가 단지 상기 모델과 상호 작용하는 것과 관련하여, 실재 신체 대상물의 기록된 투시도를 포함하는 비디오 영상에 의해 재연되는, 상기 모델의 2차원 투영을 포함한다. 이 시스템은 본질적으로 상기 언급한 상응하는 방법과 동일한 잇점을 발휘한다.

도면의 간단한 설명

하기에서, 본 발명은 첨부된 도면을 참조로 하여 구체예에 의해 보다 상세히기술될 것이다.

도 1은 시뮬레이션 환경을 도시하고,

도 2a 및 2b는 비디오 영상의 기록을 도시한 것이다.

바람직한 구체예의 설명

본 발명의 바람직한 구체예에 따른 시뮬레이션 환경은 도 1에 도시한대로, 프로세싱 유닛 (1), 디스플레이 스크린 (2) 및 공급 수단 (3)을 포함한다. 가상 환경은 프로세싱 유닛 (1)에 의해 실현된다. 프로세싱 유닛은, 예를 들어 3D-서킷을 갖는 그래픽 카드가 장착된 퍼스날 컴퓨터로 구성되는 것이 바람직하다.

도 2a 및 2b는 수술 이후 뿐 아니라 수술 이전과 수술하는 동안 모두에서 실재 외과적 치료가 카메라에 의해 어떻게 촬영되는지를 도시한다. 신체 내부를 촬영할 수 있도록, 복강경 카메라를 이용한다. 도 2a에서 복강경 카메라가 장기 내부를 촬영하는 방법을 도시하고 수득된 사진을 도 2b에 도시한다. 이후에, 이 필름은 시뮬레이션에서 시각적 특성의 근간을 이룰 것이다. 사진 정보와 별도로, 유광 강도, 빛의 각도 및 투시 각도를 기록하는 것이 바람직하다. 이 필름으로부터 구획을 선택하며, 이것은 완전한 호흡 및 맥박 주기로 구성된다. 이것이 동일한 시작과 끝을 가지므로, 환자의 자연적인 움직임을 계속하여 반영하는 루프(loop)로 존재할 수 있다. 이는 공동으로 필름화 비디오 영상을 구성하는 한정된 수의 필름화 사진이 존재함을 의미한다. 이 비디오 영상은 가상 기구의 작용을 받지 않은 시뮬레이션 대상물의 자연적인 움직임을 표시하는데 이용된다. 추가로, 전체 수술을 시각화할 수 있도록 실제상의 수술이 기록된다.

일례에서, 시각적 인상 및 대상물에 대한 해부 지식을 근거로 하여, 가상 환경에서 필름에 나타난 대상물의 컴퓨터 모델을 생성하며, 이는 장기, 암세포 등일 수 있다. 이 컴퓨터 모델은 컴퓨터 환경에서 비교적 자유롭게 묘사되는 3차원 모델이 된다. 또다른 구체예에서, 사람 장기 및 다른 대상물의 수많은 일반적인 모델이 이미 생성되었다. 출발점에 상관없이, 시뮬레이션은 이 모델을 근거로 한다. 따라서, 이 모델이 실재 대상물 또는 장기가 갖는 기하학적, 기계적 및 실체적 특성을 갖는 것이 중요하다. 결과적으로, 이 모델은 완전히 수리적으로 묘사될 수 있다. 수리적으로 묘사된 데이터 구조는 표면과 부피 모두에 대한 정보를 포함한다. 표면 정보는 안출의 목적에 이용될 수 있고 부피 정보는 대상물 내부의 기계적 특성 및 시각적 특성을 습득하는데 필수적이다. 데이터 구조의 구체예는 보셀(voxels)과 옥트리(octtrees)이다.

필름화 대상물과 동일한 원근도의 모델 대상물을 얻는 것이 중요한다. 가장 단순한 구체예에서, 이것은, 정확한 원근도가 언제 발견되는지를 광학적으로 결정하기 위해 컴퓨터 환경에서 모델을 회전시킴에 의해 수행된다. 보다 진보된 구체예에서, 이것이 필름화 대상물과 일치할 때까지 모델을 회전 및/또는 계수하는 연산 방식이 존재한다. 비교하는 동안, 필름화 영상으로부터 얻은 하나 이상의 사진을 이용한다. 필름의 사진과 모델의 투영을 비교하는 한가지 방법은 필름에서 얻은 사진에서 출발하여, 이후 보정을 목적으로 모델을 약간씩 돌려가며 필름에서 얻은 보다 많은 사진을 처리하는 것이다. 필름의 사진과 특정한 원근도의 모델을 비교하는 또다른 방법은 사진의 선명한 선과 투영 중의 모델의 윤곽을 비교하는 것이다. 동일한 방법으로, 노출원의 위치에 대한 정보를 함께 이용하여 사진 중의 보다 어두운 부분을 또다른 부분보다 더 깊이 위치시킬지를 결정할 수 있다. 이러한 비교 결과, 일정한 원근도가 얻어지고, 이것은 이후 실재 대상물로부터 촬영된 것과 동일하게 측정되도록 고정된다.

이제 시뮬레이션 장비의 사용자를 위해, 한정된 비디오 영상이 모델의 투영으로서 제공된다. 따라서, 연습을 위한 완전히 실재적인 환경이 달성된다. 이 모델이 필름의 배후에 위치하고 가상 기구가 실제로 모델을 수술하기 때문에, 깊이 효과가 필름이 아닌 모델로부터 나오는 것처럼 여겨지는 충분한 실재감이 획득된다. 이 필름이 디스플레이 스크린 (2) 상에서 사용자에게 제공된다.

모델 및 비디오 영상을 통한 시각화는 현재 사용자와의 실제적인 상호 작용을 근거로 구성된 것이다. 실재 상황과 유사하도록, 실재 수술에 이용되는 것과 본질적으로 동일한 공급 수단 (3)을 이용한다. 그러나, 이것은 스탠드에 장착되어 동작을 탐지하는 센서에 연결된다. 실재 수술에서처럼, 사용자는 모델의 시각화가 표시된 동일한 스크린 (2) 상에서 기구의 동작을 관찰한다. 기구가 실재 신체와 접촉하는 것처럼 보여지도록 재연된다. 차이는, 스크린 (2) 상의 시각화가 복강경 카메라에서 비롯된 것이 아니라 프로세싱 유닛에서 생성된 시각화에서 비롯되었다는 것이다. 따라서, 가상 기구가 모델과 접촉하면, 이것은 모델이 필수적인 데이터를 포함할 때 전력의 피드백을 가능하게 한다. 물론, 실재 기구가 실재 대상물과 접촉할 때, 대상물은 변화된다; 예를 들어 나이프로 절개시 대상물에 절개선이 초래된다. 결과적으로, 카메라가 촬영하는 것을 표시하는 스크린 상에, 이것이 실재 수술로 보여진다. 바람직한 구체예에서, 안출 부분은, 사용자에게 보여지는 원근도가 시각적으로 변화된 영역을 모델 중에 생성한다. 이후 이들을 비디오 영상으로 이중 인화한다. 안출 부분이 대상물의 자연적인 움직임을 반영하도록, 비디오 영상에 존재하는 사진과 꼭 마찬가지로 많은 안출 부분이 생성되어야 한다.

실재적인 환경을 만들기 위해, 또한 바람직한 구체예에서 가상 기구 (3)를 스크린 (2) 위에서 시각화하는 방법에 영향을 미치는 수단들이 존재한다. 가상 대상물은 움직이는 컴퓨터 모델의 매 순간에 완벽하게 3차원으로 묘사되므로, 가상 기구와 가상 대상물 사이에서 충돌이 발생하는 순간을 결정하는 것이 가능하다. 실제로는, 예를 들어, 바늘의 팁이 대략 조직을 관통할 때, 대상물의 변형이 매우 분명하게 일어난다. 기구가 대상물에 타격을 주는 시점을 찾아내고 변형을 측정함으로써 동일한 결과가 얻어진다. 이어서, 변형된 영역에서 새로운 표면 구조를 결정하고, 비디오 영상을 촬영할 때 광원에 대한 정보로부터 새로운 사진을 생성할 수 있다. 이 사진을 새로운 층으로 필름위에 놓고, 특수한 3D-그래픽 카드에 의해 수득될 수 있는 보더의 투명도를 이용하여, 극소 시각 보더에 의해 이중 인화시킬 수 있다. 대상물의 표면 정보와 사진 중의 깊이 조건에 의해, 가상 기구의 시각화가 영향을 받을 수 있다. 따라서, 프로세싱 유닛으로부터, 가상 기구의 어느 부분이 기구의 앞에 존재하는 일부의 대상물로 덮혀야 하는지 또는 기구가 대상물을 관통한다면 어느 부분이 덮히는지를 알 수 있다.

유리하게도, 완전한 외과적 치료 또는 수술을 포함하는 실습 방식을 또한 시뮬레이션할 수 있다. 이것은 시뮬레이션 또는 시각화를 위해 설계된 수많은 공정에 근거한다. 시각화에서, 비디오 기록은 따라서, 본 단락의 개시부에 언급한대로, 실재 촬영된 수술을 보여주는데 이용된다.

상기 기술된 구체예의 수많은 변형; 예를 들어 모델의 표면 구조의 변화에 대한 안출 부분이 비디오 영상에서 수개의 층으로 위치할 수 있음이 본 발명의 범위내에서 가능함을 이해하여야 한다. 이러한 변형 및 유사한 변형이 첨부된 청구항에 정의된 본 발명에 포함되는 것으로 고려된다.

Claims (11)

1. 컴퓨터 유닛이 제공하는 가상 환경에서 장기를 포함하는 신체 대상물에 대한 외과적 치료를 시뮬레이션하는 방법으로서,

   가상 환경은 신체 대상물의 하나 이상의 기하학적 특성 및 기계적 특성을 반영하는, 수리적으로 묘사된 상기 신체 대상물의 3차원 모델과,

   상기 모델에 작용할 수 있도록 상기 프로세싱 유닛에 연결된 물리적 공급 수단에 의해 제어되는 가상 기구를 포함하고,

   상기 방법은, 가상 기구가 단지 상기 모델과 상호 작용하는 것과 관련하여, 실재 신체 대상물의 기록된 투시도를 포함하는 비디오 영상에 의해 상기 모델의 2차원 투영을 재연하는 단계를 특징으로 하는 시뮬레이션 방법.
2. 제 1항에 있어서, 가상 기구의 작용을 받는 상기 모델의 안출 표면 및 상기 모델의 단지 일부만을 제공하는 단계와,

   상기 비디오 영상 위에서 안출 표면을 이중 인화시키는 단계를 추가로 포함함을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 비디오 영상을 기록할 때 상기 신체 대상물에 대한 광원의 위치를 측정하는 단계와, 동일한 위치를 갖는 광원에 의해 발생하는 상기 안출 표면을 안출시키는 단계를 추가로 포함함을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1항 내지 제 3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 비디오 영상이 복강경 카메라에 의해 기록됨을 특징으로 하는 방법.
5. 제 1항 내지 제 4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 비디오 영상이 대상물의 초기 상태 동안 실재 대상물의 자연적인 움직임에 상응하는 루프(loop)임을 특징으로 하는 방법.
6. 제 1항 내지 제 5항 중의 어느 한 항에 있어서, 실재 신체 대상물을 복강경 카메라를 이용하여 동일한 원근도로 촬영하는 단계와,

   완전한 호흡 및 맥박 주기를 포함하는 상기 기록된 필름으로부터 영상을 선택하는 단계를 추가로 포함함을 특징으로 하는 방법.
7. 제 1항 내지 제 6항 중의 어느 한 항에 있어서, 가상 기구의 어느 부분이 가상 대상물에 의해 완전히 또는 부분적으로 덮히는지를 결정하는 단계와,

   비디오 영상을 이용하여 층의 상부에 가상 기구에 의해 덮히지 않은 부분만을 위치시키는 단계를 추가로 포함함을 특징으로 하는 방법.
8. 제 1항 내지 제 7항 중의 어느 한 항에 있어서, 가상 기구의 동작 또는 대상물과의 상호 작용에서 사용자의 기술을 반영하는 하나 이상의 파라미터를 결정하는단계를 추가로 포함함을 특징으로 하는 방법.
9. 제 8항에 있어서, 측정된 파라미터가 조직과의 충돌임을 특징으로 하는 방법.
10. 컴퓨터 유닛이 제공하는 가상 환경에서 장기를 포함하는 신체 대상물에 대한 다수의 외과적 치료를 포함하는 외과 수술을 시뮬레이션 하는 방법으로서,

    상기 환경은 신체 대상물의 기하학적 특성 및 기계적 특성을 반영하는, 수리적으로 묘사된 상기 신체 대상물의 3차원 모델과,

    상기 모델에 작용할 수 있도록 상기 프로세싱 유닛에 연결된 물리적 공급 수단에 의해 제어되는 가상 기구를 포함하고,

    상기 방법은 실재 신체 대상물의 기록된 투시도를 포함하는 비디오 영상에 의해 상기 모델의 2차원 투영을 재연하는 단계와,

    수술 동안의 수많은 개별적인 단계 동안, 대상물을 반영하는 다수의 상태로 상기 모델을 제공하는 단계와,

    각각의 상태에서 실재 대상물의 자연적인 동작과 일치하는 다수의 최초 비디오 영상들을 제공하는 단계와,

    대상물이 일 상태에서 또다른 상태로 어떻게 변화하는지를 나타내는 외과적 치료를 각각 시각화하는 다수의 두번째 비디오 영상들을 제공하는 단계와,

    일 상태에서 또다른 상태로 대상물을 변화시킬 목적으로, 공정의 시뮬레이션과 공정의 시각화를 관찰한 것 중 하나를 사용자가 선택하도록 하는 단계를 특징으로 하는 방법.
11. 컴퓨터 유닛이 제공하는 가상 환경에서 장기를 포함하는 신체 대상물에 대한 외과적 치료를 시뮬레이션하는 시스템으로서,

    상기 환경은 신체 대상물의 하나 이상의 기하학적 특성 및 기계적 특성을 반영하는, 수리적으로 묘사된 신체 대상물의 3차원 모델과,

    상기 모델에 작용할 수 있도록 상기 프로세싱 유닛에 연결된 물리적 공급 수단에 의해 제어되는 가상 기구를 포함하고,

    상기 시스템은, 가상 기구가 단지 상기 모델과 상호 작용하는 것과 관련하여, 실재 신체 대상물의 기록된 투시도를 포함하는 비디오 영상에 의해 재연되는 상기 모델의 2차원 투영을 특징으로 하는 시뮬레이션 시스템.