Artec Micro와 Space Spider, 세계 최초의 가상 현실 인간 골학 강좌 개설에 도움을 주다

10/02/2021

글: Matthew McMillion

Artec Space Spider를 사용하여 흑곰(Ursus americanus)의 대퇴골을 스캔하는 대학생 Kaitlyn Schoonover

캘리포니아 북부의 한 강에서 반쯤 부패한 다리가 나온 지 몇 시간 후에 보안관보들은 신속하게 행동했습니다. 그들은 의학 병리학자, 고고학자 그리고 수의사 세 명의 전문가에게 유해를 급히 보냈습니다. 처음 두 사람은 인간의 다리라고 믿었지만, 수의사는 이에 동의하지 않고 인간의 다리가 아니라고 결론지었습니다.

뼈에 난 잘린 자국으로 보아 다리는 강제로 톱으로 잘렸습니다. 이 점을 염두에 두고 유해는 인간이라고 결정했습니다. 보안관의 수사관들과 보안관보들이 모두 합류한 수색 및 구조 팀이 신속하게 결성되었고, 주변의 강둑과 풍경들을 3일 동안 체계적으로 샅샅이 뒤져봤지만 성과가 없었습니다. 그때 4번째 의견을 듣기 위해 한 법의학 인류학자를 데려왔습니다. 망설임 없이 그 다리는 아마도 한 사냥꾼이 상류 어딘가에 버린 검은 곰의 다리로 확인되었습니다.

이 사건은 법 집행관 및 그들과 함께 일하는 사람들이 인간 골격에 대한 실제 지식을 가져야 한다는 점을 강조합니다. 만약 법의학 인류학자나 비슷한 전문 지식을 가진 사람과 처음에 상담했다면 수백 시간의 노동력과 수천 달러의 비용이 절약되었을 것입니다. 이러한 종류의 잘못된 식별은 매년 나라 전역과 전 세계에서 수없이 발생합니다.

Artec Space Spider를 사용하여 만든 흑곰 대퇴골(위)과 인간 대퇴골의 비교 3D 스캔

역사적으로 인간 골격에 대한 깊이 있는 이해를 얻는 가장 실용적인 방법은 큰 대학에서 한 학기 동안 생생한 수업과 실제 인골 수집물이 있는 관련 실험실에서 진행하는 인간 골학 강좌를 듣는 것이었습니다. 이것이 항상 실용적이거나 심지어 가능한 것은 아닙니다. 설령 그렇다고 하더라도 오늘날에는 연구하는 데 적합한 인간 뼈의 적절한 수집물을 가지고 있는 대학은 거의 없으며, 대신 플라스틱 모형 대체물에 의존합니다.

이러한 광범위한 요구를 인식한 세계 최고의 법의학 인류학자 중 한 명이 최첨단 3D 스캐닝 기술과 최신 가상 현실(VR)을 사용하여 그 패러다임을 뒤집고 놓고 있습니다. Dennis C. Dirkmaat 박사는 1991년부터 펜실베이니아주 이리에 있는 Mercyhurst University에서 세계적 수준의 법의학 인류학 프로그램을 운영해 온 이사회에서 공인된 법의학 인류학자입니다.

그는 개인적으로 전국의 거의 100명의 검시관, 의료 검사관, 법 집행 기관 및 사무소를 위해 1,000여 건의 법의학적 인류학 사건을 이끌었습니다. 그는 최근에 법의학 인류학에서의 평생 업적에 대한 T. Dale Stewart 상뿐만 아니라 최초로 수여된 Outstanding Mentor 상을 포함하여 자신의 분야에서 두 개의 주요 상을 받았습니다.

Artec Micro로 치아의 모형을 스캔하는 Dennis Dirkmaat 박사

Dirkmaat 박사가 관여한 법의학 인류학 사례에는 2001년 9월 미국 펜실베이니아주 서머싯의 United Flight 93편과 2009년 버펄로의 Colgan Air 추락 사건을 포함하여 표면에 흩어진 인간의 유해, 매장된 신체 부위, 치명적인 화재 현장 그리고 심지어 대량 재난 복구까지 포함되어 있습니다.

그는 또한 희생자 식별과 골격 외상 분석뿐만 아니라 법의학 현장에 대한 대규모 검색을 수행합니다. Dirkmaat는 전문가 증인으로서 법정에서 28번이나 증언했습니다. 그가 배출한 제자 중 상당수는 미국 전역과 해외에서 자신의 프로그램을 운영하는 법의학적 사망 조사관 및 전문 법의학 인류학자가 되었습니다.

HD 법의학 인간 골학 강좌의 수업 선택 페이지

전 세계의 모든 사람이 Dirkmaat의 VR 인간 골학 강좌를 통해 100% 방해 받지 않는 환경에서 자신만의 속도로 연구함으로써 인간 골격에 대한 포괄적인 지식을 얻을 수 있습니다.

2년째 진행 중인 이 강좌는 미래의 생물학적 인류학자들을 위한 Dirkmaat의 15주 대면 대학 수준의 실험실 강좌 못지않게 철저합니다. 각 수업 중과 후에 신중하게 순서가 정해진 테스트를 통해 자료를 오랫동안 기억에 남도록 합니다.

야외에서 VR 인간 골학 강좌를 수강하는 학생

Oculus Go 또는 Oculus Quest II VR 헤드셋을 사용하면 고해상도 컬러 3D로 신체의 206개 뼈 하나하나와 몰입감 있게 상호작용할 수 있습니다. 수업 별로 골학적 이해가 가장 적절한 순서로 점차 확장됩니다. 먼저 뼈의 이름과 이름의 철자를 맞게 쓰고 발음하는 방법을 학습하고, 신체의 위치를 이해한 다음 해부학적 지시어를 학습합니다.

강좌의 나머지 부분에서 가상으로 각 뼈를 집어 들고 이를 확대 및 축소하고 가능한 모든 각도에서 검사하고 자신의 속도로 각 뼈의 고유한 식별 기능을 학습할 수 있습니다.

VR 인간 골학 강좌의 뼈 이름 수업

Dirkmaat는 “이 강좌는 법의학 분야에서 일하는 개인뿐만 아니라 의학, 보건 관련 과학, 스포츠 의학, 해부학 및 생물 과학 분야에서의 경력을 고려하는 모든 사람에게도 큰 도움이 될 것입니다. 인간 골학에 대한 명확한 전문 지식은 이러한 모든 분야와 다른 많은 분야에서 매우 중요합니다”라고 말했습니다.

VR 인간 골학 강좌에 사용된 모든 실물과 같은 3D 모형은 실제 인간 뼈에 대한 1mm 이하의 정밀한 스캔으로 만들어졌습니다. 이러한 뼈를 캡처하는 데 사용되는 두 가지 계측 등급의 전문가용 3D 스캐너는 휴대용 Artec Space Spider와 데스크톱 Artec Micro입니다.

성인 제1대구치의 Artec Micro 스캔

몇 분 만에 각 뼈를 캡처하면서 Space Spider는 두개골, 팔과 다리뼈와 같은 신체 큰 뼈의 3D 모형을 만드는 데 사용되었으며, 작은 물체를 최대 10미크론의 정확도로 스캔하는 Micro는 척추, 치아 및 다른 많은 뼈뿐만 아니라 손과 발의 뼈를 포함한 작은 뼈를 캡처했습니다.

Artec Space Spider로 인간의 흉골을 스캔하는 대학원생 Anthony Lanfranchi

이 강좌의 디자이너 중 한 명인 Mercyhurst University의 법의학 인류학 석사 과정 학생인 Anthony Lanfranchi는 " , 제가 처음으로 Space Spider 잡았을 저는 3D 스캐너를 사용해본 적이 없었습니다. 하지만 배우기는 매우 쉬웠습니다. 과거에는 다양한 각도에서 뼈와 형상의 사진을 찍고, 심지어 가장 관련성이 높은 형상의 치아 석재 주형을 제작하여 사진을 통해 뼈를 기록했습니다. 그리고 캘리퍼스와 줄자를 사용하여 실제로 뼈를 측정하였습니다”라고 말했습니다.

Lanfranchi는 이어서 “하지만 사진이 항상 뼈를 잘 표현하는 것은 아니며 특정 표시, 착색 또는 중요한 특성이 그 과정에서 쉽게 손실될 수 있습니다. 뼈를 손으로 측정하여 허용 가능한 결과를 얻으려면 여러 번 시간 소모적인 측정을 해야 합니다. 최적의 결과를 얻으려면요? 구부러진 유기적 구조와 뼈의 표면을 고려한다면 이러한 오래된 기술로 정확하게 측정하는 것은 거의 불가능합니다”라고 말했습니다.

책상에서 VR 골학 강좌를 수강하는 학생

Lanfranchi는 “그러나 Artec 3D 스캐너는 대퇴골의 긴 곡선 모양의 표면이든 많은 가늘고 긴 봉합 및 두개골의 깊은 굴곡이든 손과 발의 아주 작은 뼈든 완벽하게 캡처합니다. 저는 몇 분 만에 이 기술을 처음 접하는 학생에게 뼈나 해부학적 구조를 스캔하는 방법을 가르치고 1mm 미만의 정확도로 정확한 측정을 할 수 있습니다. 여러 곡면을 측정하는 경우에도 마찬가지입니다. 수동 측정은 Artec 3D 스캔이 제공할 수 있는 수준에 근접하지도 못합니다"라고 강조했습니다.

좌측 요골의 뼈 사이 마루를 강조하는 VR 인간 골학 강좌의 특징 식별 학습

Lanfranchi는 가능한 최고의 해상도로 다양한 뼈를 스캔한 후 Artec Studio 소프트웨어에서 스캔을 처리합니다. 그의 작업 흐름은 간단합니다. 먼저 Lasso(올가미) 도구를 클릭하여 존재하는 작은 노이즈를 제거한 다음 Sharp Fusion(선명한 융합)을 사용하여 텍스처를 추가합니다. 그런 다음 스캔을 다양한 형식으로 내보냅니다. 과거에는 이 작업은 현재보다 훨씬 오래 걸렸습니다.

Lanfranchi는 “대형 스캔 중 하나에 텍스처를 추가하는 것은 일반적으로 일어나서 한 시간 정도 다른 작업을 수행한 다음 다시 스캔을 내보내기 위해 돌아왔을 때였습니다. 이제 Artec Studio 15 사용하면 모든 작업을 수행하는 30 정도 걸립니다. 전체 스캔과 전체 스캔을 처리하는 말입니다.  정말 경이롭습니다"라고 말했습니다.

Lanfranchi는 2020년 초에 Artec Micro를 사용하기 시작했습니다. 그는 자동화된 데스크톱 스캐너가 직관적이면서도 사용하기 쉽다는 것을 알게 되었습니다. 저는 몇 시간 만에 컬렉션에 있는 작은 뼈와 치아를 캡처하기 위한 최상의 설정을 찾았습니다. 그 후 몇 주 동안 우리는 작은 인간의 뼈, 동물의 뼈, 그리고 사람의 치아 집합체를 포함한 400개가 넘는 요소들을 쉽게 스캔했습니다."

좌측 무명골을 설명하는 VR 인간 골학 강좌의 뼈 식별 수업

이러한 Micro 스캔은 VR 인간 골학 강좌에서 사용하는 것 외에도 Space Spider 스캔과 함께 의학 및 치과학 학생뿐만 아니라 법의학 및 생물학적 인류학자를 양성하기 위한 가상 강좌를 개설하는 데 사용되고 있습니다.

타이밍은 아주 좋았습니다. Lanfranchi는 “이것은 COVID-19와 그로 인한 인간 뼈 수집물에 대한 접근 제한 때문에 올해 매우 유익합니다. Artec Micro와 Space Spider의 빠른 스캔 능력과 Artec Studio 15의 빠른 처리 능력이 없었다면, 가상 인간 골격 수집물 제작에 관한 한 광범위한 뼈 수집물을 VR에 그렇게 빠르게 사용할 수 있는 3D 모형으로 자신 있게 전환할 수 없었을 것입니다"라고 말했습니다.

Artec Micro로 스캔한 너구리(Procyon lotor) 대퇴골의 Artec Studio 15 스크린숏

Dirkmaat와 그의 팀은 Space Spider 및 Micro 3D 모델을 사용할 다양한 앱을 개발하고 있습니다. 여기에는 현장에 나가 있는 경찰관이 인간의 유해와 인간이 아닌 유해를 잘못 식별하는 것을 막기 위한 법 집행관 전용 앱이 포함되어 있습니다. 이 앱에서는 인간 뼈의 실물과 같은 3D 모형이 있어 사슴, 곰, 너구리, 소, 돼지 등을 포함한 인간의 아닌 유해의 척도 3D 모형과 나란히 비교할 수 있습니다.

Artec Micro로 스캔한 어린 흑곰 복사뼈(발목뼈)의 Artec Studio 15 스크린숏

Lanfranchi는 “경찰은 매일 전국에서 법의학 인류학자에게 연락하여 그들이 발견한 뼈가 인간의 것인지 아닌지 묻습니다. 일반적으로 이에 대한 대답은 '아니오'이며 뼈가 나왔을 가능성이 가장 높은 동물에 대한 평가도 함께 합니다. 하지만 경찰관이 이 앱을 사용하면 뼈가 인간의 것인지 아닌지를 직접 빠르게 확인할 수 있습니다"라고 말했습니다.

올해 초에 대학이 원격 수업으로 전환함에 따라 Lanfranchi와 그의 급우들은 인간 골학 수업을 가상으로 수강해야 했습니다. 이는 수업의 실험 부분에서 학생들에게는 참고하고 연구할 뼈의 사진만 있다는 것을 의미했습니다. Lanfranchi는 "이것은 우리 모두에게 매우 어려웠고 우리가 소장물을 가지고 실험실로 돌아왔을 때, 몇 명은 자신들이 배운 것을 실제로 뼈로 이어지게 하는 데 사실상 실패하였습니다"라고 그 애를 태운 경험을 회상했습니다.

Artec Space Spider로 스캔하고 Artec Studio에서 처리된 인간의 두개골

Lanfranchi는 법의학 교육에서 3D 스캐닝의 중요성을 강조하며 “유행병이 아닌 시기에도 전국의 여러 법의학 강좌에서 뼈를 직접 작업하는 대신 학생들에게 단순히 뼈 사진이 담긴 교과서를 제공합니다. 저는 Space Spider Micro 찍은 3D 스캔이 책에 있는 평평한 사진보다 훨씬 나은 학습 도구라는 점을 의심하지 않습니다. 저는 우리와 같은 VR 강좌에서 경험하는 그런 스캔은 실제 자체를 연구하는 것보다 낫지는 않더라도 효과가 있을 것이라고 말할 있습니다. 한정된 실험실 시간에 제한을 받지 않습니다. 원하는 시간 또는 필요한 시간 동안 자신만의 속도로 작업할 수 있습니다"라고 말했습니다.

Lanfranchi는 이어서 “VR 강좌에서는 연중무휴 24시간 일습의 뼈를 사용할 수 있으며 뼈를 원하는 만큼 검사할 수 있습니다. 뼈가 손상될 위험이 없습니다. 그리고 인간의 골격에 대해 어떻게 해야 가장 잘 학습할 수 있는지를 잘 아는 숙달된 교사에게 배우게 됩니다. Dirkmaat 박사는 가장 효과적인 일련의 수업을 사용하여 이 강좌를 통합했습니다. 그것은 값을 매길 수 없는 것입니다"라고 말했습니다.