던디대학교(University of Dundee)가 Artec 3D 스캐너를 의술 프로그램 등에 사용하는 방법

19/04/2021

글: Matthew McMillion

바이러스가 전염되는 방식 그리고 더 나은 것은 바이러스가 호흡기로 몰래 들어가는 것을 방지하는 방법에 대한 애니메이션을 볼 때마다 의료 일러스트레이터의 작업에 대해 감사할 수 있습니다. 현대 의학 및 의료 분야는 지난 세기 동안 기하급수적으로 복잡해졌습니다.

Artec Space Spider로 스캐닝하고 있는 던디대학교 의술 전공 학생들

의료 일러스트레이터는 모든 복잡성을 기타 유형 또는 가상 매체뿐만 아니라 시각적으로 이해할 수 있는 도해, 이미지, 비디오로 변형하는 배후 연출자입니다.

내이의 다양한 구성 요소를 나타낸 던디대학교 의술 일러스트레이션

던디대학교의 의술 프로그램은 미래의 의료 일러스트레이터들이 이 흥미진진한 작업에 대해 대비할 수 있도록 하며 대학원생들에게 이 계속 확장하는 영역의 모든 필수 요소를 다루는 12개월 과정을 제공합니다. 오늘날 최신 기술, 과학 및 시각 커뮤니케이션 기술이 발전함에 따라 이 수요가 매우 많은 직업에 참여하는 데 있어 이보다 더 좋은 때는 없습니다.

신장 질환을 보여주는 던디대학교 의술 3D 모형

의료 일러스트레이터는 일반적으로 해부학적 교육을 받은 예술가로서, 자신의 작품이 특히 의사의 손에 있을 때 그 정확성이 삶과 죽음의 차이를 의미할 수 있기 때문에 의료적으로 정확할 뿐만 아니라 매력적인 작품이 되도록 만전을 기합니다. 그렇기 때문에 적절한 해부학 교육은 의술 교육의 필수 과정입니다.

이 발의 해부도는 사람 발의 3D 스캔을 이용하여 만들었습니다.

현실성 있는 의료 일러스트레이션의 한 예는 부모와 함께 있는 자녀가 진단을 내리고 다양한 치료 옵션을 설명하는 의사의 말을 듣고 있을 때입니다. 부모에게는 그러한 긴장된 순간이 종종 자녀에게는 무섭고 혼란스러운 것입니다. 그러나 의사는 의료 일러스트 작품을 통해 그 모든 것을 바꿔줍니다.

같은 의사가 책상에서 물러나서 걸어와 아이의 높이에 맞춰 앉는다고 상상해 보십시오. 의사는 부드럽게 아이패드를 클릭하고 부모와 함께 자녀의 상태에 대한 다채로운 애니메이션과 다양한 절차 옵션을 시청합니다. 자녀의 어깨는 긴장이 풀리고 의사는 깊은 안도의 한숨을 쉽니다.

또 다른 예는 수술 시뮬레이션입니다. 의과 대학들은 의대생들이 사용할 수 있는 다양한 외과 수술에 대한 현실감 넘치는 AR(증강 현실)과 VR(가상 현실) 시뮬레이션을 개발하고 통합하기 시작했습니다. 이러한 시뮬레이션은 해부학적 정확도와 정밀도에 대한 엄격한 표준을 갖춘 오늘날의 의료 일러스트레이터 의 작품을 통해 강화됩니다.

VR 환경과 상호 작용하는 던디대학교 학생

이러한 시뮬레이션 중에 미래의 의사는 가상 메스, 드릴 및 기타 도구를 사용하여 훌륭한 운동 기능과 근육 기억을 연마합니다. 따라서 그들이 작업 중인 가상 환자의 3D 모형이 언젠가 해부학적으로 정확하지 않으면 의사가 실제로 환자를 제대로 수술하지 못할 수 있습니다.

이러한 시뮬레이션에는 VR 헤드셋 외에도 현실감 수준을 높이기 위해 사용자가 물리적으로 같은 동작을 하게 하고 수술하는 데 필요한 정확한 수준의 압력을 가해주는 촉각 장치를 종종 사용합니다. 결과는 매우 고무적입니다.

2019년 UCLA의 David Geffen 의대에서 실시한 한 연구에 따르면 그러한 교육 이후 VR 수술 시뮬레이션에 참여한 의대생들은 다양한 범주에서 전통적인 수술 방법으로 교육받은 학생들보다 130% 더 높은 점수로 훨씬 더 나은 성적을 보였습니다.

의료 일러스트레이터가 작업을 위해 3D 모형을 구하는 몇 가지 옵션이 있습니다. 전통적인 경로는 3D 모델링이었습니다. 던디대학교 의술 프로그램에는 학생들에게 이 의술을 소개하며 필요할 때마다 탄탄한 기반의 능숙도를 향상하는 방법을 가르치는 수업이 있습니다.

그러나 3D 모델링에는 일반적으로 3D 콘텐츠를 생성하기 위한 매우 긴 다단계 과정이 필요합니다. 또한 인간 골격 및 근육계와 같은 유기적인 형태에 관한 한, 노련한 3D 모델링 전문가조차도 종종 이러한 개체를 디지털 방식으로 캡처하기 위해 더 효율적인 방법을 모색합니다.

3D 스캐닝은 하나의 그런 방법입니다. 던디대학교는 경험 없는 학생들이 빠르고 쉽게 스캐너를 집어 들고 수초 만에 물체를 캡처하는 것을 보고 휴대용 3D 스캐너를 채택하였습니다. 해부학적 일러스트레이션, VR/AR 의료 응용 분야 및 3D 프린팅에 사용할 수 있는 과학적으로 정확한 3D 모형을 통해 박물관 방문자는 전적으로 새로운 차원에서 대단히 귀중한 다양한 시료를 들고 경험할 수 있습니다.

던디대학교 의술 전공 코디네이터인 Caroline Erolin 박사는 Artec 3D의 골드 파트너이자 3D 스캐닝 전문가인 Patrick Thorn이 Artec Eva와 Space Spider 3D 스캐너를 시연한 후 신속하게 결정했습니다

Erolin 박사는 “우리는 동물 시료는 물론 인간의 뼈를 포함한 모든 유기적 구조를 디지털 방식으로 캡처하고 빠르고 쉽게 수행해야 하며, 그렇게 빨리 그리고 쉽게 하기 위해 이러한 스캔을 VR 및 3D 프린팅을 위해 준비된 놀라운 3D 모형으로 간단하게 바꿀 수 있는 결과를 통해 우리의 표준은 상당히 높았습니다”라고 말했습니다.

Artec Space Spider로 인간의 두개골을 스캐닝하는 던디대학교 의술 전공 학생

Erolin 박사는 계속해서 “Patrick Thorn Artec 스캐너를 처음 시연한 우리는 올바른 스캐너를 찾았다는 것을 알았습니다. 이전에 스캐닝이나 3D 모델링을 경험한 적이 없는 우리 학생들이지만 만에 이들 스캐너로 스캔할 있습니다. 특히 캡처하고 있는 물체가 생생한 컬러 3D 화면에 아주 빨리 생생하게 표시되는 것을 이들 스캐너를 사용한 것에 보람을 느낍니다라고 말했습니다.

그 후 던디대학교는 이 프로그램을 위해 세계적으로 유명한 3D 스캔 처리 소프트웨어인 Artec Studio 수십 개와 함께 Artec Eva 1대 그리고 Space Spider 스캐너 3대를 구매했습니다.

Patrick Thorn은 “Caroline 그리고 대학교와 협력하기 시작한 순간부터 Artec 3D 스캐너가 작업에 최적이라는 것이 명백했습니다. 다른 학과들이 이러한 상황을 주목하는 데 오래 걸리지 않았습니다. 이 학과들도 곧 Artec 3D 스캐너를 선택했습니다. 그것은 훌륭한 협업이며 저는 이에 참여하게 된 것에 자부심을 가지고 있습니다”라고 말했습니다.

Artec Eva를 사용하여 급우를 스캐닝하는 던디대학교 의술 전공 학생

던디대학교 의술 프로그램에서 Artec Eva와 Space Spider의 현재 스캐닝 용도는 다음과 같습니다.

  • 얼굴의 법의학적 및 고고학적 복원을 돕는 인간의 두개골
  • 대중 참여, 교습 및 연구를 위한 동물학 및 비교 해부학 시료
  • 깨지기 쉬운 소장품을 보존하여 비파괴적인 방식으로 교습에 사용할 수 있게 해 주는 청소년 골학
  • 교습 및 연구를 위한 성인 골학/뼈 시료
  • 그런 다음 이 3D 모형 중 일부는 MSc 의술 전공 학생들이 (ZBrush/Maya에서 모형화한 근육과 함께) 해부학 교습 자원을 만들기 위해 조정 및 추가합니다.
  • 의학 석사 의술 및 법의학 과정 학생들에게 광범위한 3D 스캐닝 및 처리 기술 교육
  • 일반적으로 학생 수업 활동을 위한 밀랍과 같은 전통적인 재료로 만든 스캐닝 모형

Erolin 박사는 “학생들은 우리 프로그램을 마칠 때까지 수십 시간을 Artec Eva와 Space Spider를 사용하는 데 보냅니다. 학생들은 이 놀라운 장치 중 하나를 집어 들고 몇 분 만에 복어에서 인간의 두개골에 이르기까지 무엇이든 디지털로 캡처하는 방법을 직접 체험을 통해 알게 됩니다. 그런 다음 스캔을 단계별로 3D 모형으로 바꾸어 이후의 의술 작업을 준비합니다. 이 작업에는 연구진과 박물관 방문객들이 실제로 사용할 수 있도록 이러한 표본을 실제로 3D 프린팅하는 것은 말할 것도 없고 교과서 삽화, 온라인 애니메이션, 가상 박물관 전시물 등의 VR 환경이 포함됩니다. 학생들은 이 모든 것 이상을 배웁니다”라고 스캐너가 학생들에게 얼마나 유익한지를 설명했습니다.

Artec Space Spider(Sketchfab)로 스캐닝한 복어의 3D 모형

여기에 몇몇 던디대학교 학생들의 의술 작품을 보여주는 온라인 포트폴리오가 있습니다.

박물관 소장품을 위한 3D 스캐닝의 안전성과 관련하여 Erolin 박사는 “캡처해야 하는 많은 물체는 물리적으로 매우 깨지기 쉽고 손상되기 쉬워 그 물체들이 견뎌낼 수 있는 접촉량을 극도로 제한해야 합니다. Artec Eva와 Space Spider는 이 패러다임에 완벽하게 적합합니다. 구조광은 섬세한 동물 표본이나 부서지기 쉬운 천년 된 화석을 스캐닝하든 상관없이 전적으로 안전하고 비파괴적입니다”라고 말했습니다.

Artec Space Spider 스캔을 활용하여 만든 던디대학교 의술 일러스트레이션

이어 Erolin 박사는 이어서 "스캐너가 물체를 캡처하는 속도를 고려할 때, 경험 없는 학생이라도 오후에만 12개 이상의 표본을 안전하게 스캐닝할 수 있습니다. 박물관에서는 관람 중단 시간을 최소한으로 줄이고 이익을 최대화할 수 있습니다. 특히 지난 몇 달 동안 세계적으로 겪고 있는 어려움으로 인해 요즘에는 모든 것이 온라인 액세스로 전환되고 있기 때문입니다. Artec은 소장품을 디지털 세계로 변형하는 데 도움을 주는 소중한 열쇠입니다.

Artec Eva(Sketchfab)로 스캐닝한 아프리카 둥근귀코끼리 두개골의 3D 모형

“동물에 관한 온라인 소장품에 대한 관심이 어느 정도인지 말씀드리자면, 우리의 다아시 톰슨 박물관(D'Arcy Thompson Museum)에서는 소장품의 일부만 디지털화했지만, 이미 전 세계 수십 개국에서 20,000명 이상의 가상 방문객이 3D 모형을 보러 왔습니다. 그리고 방문객 수는 계속 늘어나고 있습니다.

이러한 액세스를 통해 그렇지 않으면 스코틀랜드에 와서 직접 전시회를 방문하지 않았을 수천 명의 사람에게 우리의 소장품을 공개했을 뿐만 아니라 박물관 자체가 국내 해외에서 많은 공공의 관심과 대중의 주목을 받았습니다. 바쁘고 현기증 나는 세상에서 현대 박물관이 더욱 관심을 받는다는 것은 정말 좋은 일입니다라고 말했습니다.

대학교를 위한 스캐너의 가장 매력적인 측면 중 하나는 짧은 학습 곡선과 학생들이 스캔을 3D 모형으로 변형하는 데 중요한 단계인 Artec Studio 스캔 처리 소프트웨어에 쉽게 숙달될 수 있다는 것입니다.

Artec Space Spider로 인간의 하악골을 스캐닝하는 던디대학교 의술 전공 학생들

Erolin 박사는 “스캐닝 작업 흐름은 일반적으로 다음과 같습니다. Eva 또는 Space Spider로 물체를 스캐닝하여 크기에 따라 해체하여 캡처합니다. 우리는 대부분 Artec Studio의 기본 설정을 사용하지만, 표면이 어둡고 반짝이는 까다로운 물체의 경우 감도를 가끔 조정합니다. 그러고 나서 스캔을 정렬한 다음 개략적이면서 섬세한 정합(Rough and Fine Registration)을 합니다. 그다음 전역 등록을 하고 지우개 및 이상치 제거 도구를 사용하여 물체를 약간 정리합니다.

우리는 보통 두개골과 보존해야 할 세부적인 해부학적 구조를 가진 기타 물체에 대해 작업할 때 샤프 퓨전(Sharp Fusion)을 적용합니다. 얼굴과 부드러운 물체를 스캔하는 경우 스무스 퓨전(Smooth Fusion)을 사용하는 것이 더 효과적입니다. 작은 물체 필터(Small Object Filter) 및 빠른 메시 단순화(Fast Mesh Simplification)를 적용한 후 퓨전(Fusion)에 사용된 스캔에서 텍스처를 만든 다음 JPG 또는 PNG 형식의 텍스처 맵이 있는 OBJ 파일로 내보냅니다. 이후 ZBrush에서 마무리 터치를 합니다.

메시를 다시 토폴로지화거나 자르지 않는 한 UV 맵을 잃지 않고 ZBrush에서 모형을 부드럽게 할 수 있습니다. 또한 텍스처 맵을 Polypaint로 투영하고(다수의 다각면이 있도록 모형의 형상을 한 번 이상 분할해야 함) 정리한 다음 Polypaint에서 새로운 텍스처 맵을 생성할 수 있습니다"라고 설명했습니다.

Artec Eva를 사용하여 급우를 스캐닝하는 던디대학교 의술 전공 학생

Erolin 박사는 직업 및 3D 스캐닝에 대한 그녀의 생각에 대해 “의술과 의술가의 장래는 매우 밝습니다. 특히 Artec 스캐너와 같은 기술을 사용할 수 있게 되면서 이 성장하는 분야의 일원이 되는 것은 흥미진진한 시간입니다. Artec 스캐너를 통해 유기적인 형태의 복잡한 실제 물체를 대부분의 사람이 알고 있는 것보다 3D 모델로 더 빠르고 쉽게 변형할 수 있습니다”라고 말했습니다.

“개인적으로 말하면, 이 표본들이 3D로 소생하는 것을 보는 것은 놀라운 것입니다. 그리고 현재와 미래의 학생들뿐만 아니라 모든 의술가들에게 이러한 3D 모형은 명쾌하고 전적으로 포괄적인 의학적 및 법의학적으로 정확한 작품을 제작하는 데 중요한 요소입니다.”

풍부한 3D 모형의 보유에 대한 예상치 못한 한가지 이점이 최근에 밝혀졌습니다. COVID-19 제한으로 인해 올해 수업이 갑자기 취소됨에 따라 원격 수업을 위해 대면 수업을 온라인 비대면 수업으로 전환해야 했습니다. Erolin 박사에 따르면 던디대학교의 해부학 및 개인 식별 센(Centre for Anatomy and Human Identification)는 의술 전공 학생들과 3D 모형을 공유하기 위한 웹 기반 플랫폼을 검토한 후 Sketchfab을 선택하여 3D 해부학 모형을 배포했습니다. 이는 플랫폼이 사용하기 쉽고 교육 기관에 대한 지원 때문이었습니다.

Space Spider로 제작: 해부학적 밀랍 머리 모형의 Sketchfab 호스팅 3D 모형

내장된 업로더를 통해 또는 Sketchfab 홈페이지의 업로드 버튼을 사용하여 ZBrush와 같은 3D 모델링 소프트웨어에서 모형을 직접 업로드할 수 있습니다. 업로드한 후에는 “3D 설정” 탭을 사용하여 여러 매개 변수를 변경할 수 있습니다. 이러한 매개 변수에는 모형 배치 및 시야 설정, 대학교 로고가 있는 맞춤형 배경 추가, 조명 조정, 광택 및 투명도와 같은 재료 특성 설정, 주석 추가 그리고 VR에서 모형을 보기 설정까지 있습니다.

Space Spider로 제작한 인간 골반(ZBrush에서 강조 표시된 근육 부착 부위)의 Sketchfab 호스팅 3D 모형

3D 모형은 함께 제공되는 텍스처 맵과 함께 업로드할 수 있지만, Sketchfab은 정점 색상도 판독하며, 이는 텍스처 맵을 사용할 수 없을 때 매우 유용합니다. Pro 계정을 사용하면 개인 모형을 호스팅할 수 있으며, 이는 특정 관람객으로 제한하고자 하는 민감한 스캔에 매우 유용합니다. 또한 Sketchfab을 통해 크리에이티브 커먼즈(Creative Commons) 라이선스에 따라 작업을 쉽게 공유할 수 있습니다. 3D 모형은 Sketchfab에 호스팅되면 웹사이트 및 소셜 미디어에 쉽게 올릴 수 있으며 다운로드하여 3D 프린팅할 수도 있습니다.

던디대학교는 3D 스캐닝의 사용 결과가 성공적으로 나타나자 영국 및 해외의 다른 대학교 및 교육 기관에 Artec 3D 스캐너를 자주 추천했습니다. 이러한 방향으로, 의료 일러스트레이터 연구소(IMI)의 조직 회원으로서 Erolin 박사는 Patrick Thorn & Co를 연구소의 정기 행사에 초대했습니다. 가장 최근의 행사는 2019년 10월 아일랜드 벨파스트에서 2일간 진행된 회의였습니다.

행사가 진행된 이틀 동안 Patrick Thorn의 워크숍들에서 흥분되는 일이 벌어졌으며, 참가자들은 또한 Artec Leo, Space Spider 및 Eva 등 3개의 Artec 3D 전문 휴대용 스캐너를 시험해 볼 기회가 있었습니다. 이들 워크숍의 제목은 "얼굴 복원을 보완하는 3D 캡처링" 그리고 "의료 사진술 효과 극대화를 돕는 3D 스캐닝”이었습니다.

Thorn은 “Caroline 박사와 던디대학교는 Artec 3D와 우리 모두에게 훌륭한 참조인이었습니다. 덕분에 스코틀랜드의 여러 대학과 기업에 스캐너를 설치할 수 있었습니다”라고 말했습니다.

던디대학교의 다른 학과에서 Artec 3D 스캐너를 어떻게 사용하는지에 대한 이야기는 다음을 참조하십시오.

https://www.artec3d.com/cases/artec-goes-arctic

https://www.artec3d.com/cases/anatomical-3d-visualization-at-university-...