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논문KCI 등재

AR기반 뇌실천자술을 위한 3차원 연체 조직의 물리 변형 시뮬레이션

Physics Deformation Simulation Method of 3D Soft-body for AR based External Ventricular Drain Surger

김동준|박태용|이시현|이정진|김준동|구교영|강승우|정희렬
한국차세대컴퓨팅학회 (KINGComputing)|2021.10|한국차세대컴퓨팅학회 논문지 (The Journal of Korean Institute of Next Generation Computing)|제17권 제5호|pp. 31-40|DOI 10.23019/kingpc.17.5.202110.003

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증강현실Augmented Reality연체 변형Softbody Deformation뇌 수술수술 항법 장Brain SurgerySurgical Navigation System
주제분류컴퓨터학

초록

본 논문에서는 PBD(Position Based Dynamics) 물리 변형 기법을 활용하여 수술 전 촬영된 뇌의 영상을 통해 생성한 3차원 뇌 모델에 수술기구의 움직임으로 인한 뇌의 변형을 반영하고, 이를 가시화하는 AR(Augmented Reality) 기반 뇌실천자술 시뮬레이션 기법을 제안한다. 적외선 카메라 기반 AR 수술 환경을 구축하여 현실 세계와 가상 공간을 일치시키고 수술 기구를 추적하였으며, 연체의 특성을 유지하며 안정적인 변형을 가능하도록 하기 위해 constraint를 이용한 변형 안정화 및 특성 유지 기법을 적용하였다. 스마트글래스에 증강되는 정보를 이용하여 수술기구를 뇌실까지 삽입하여 뇌척수액 배액을 성공적으로 수행하였으며, 변형 시뮬레이션 속도는 평균 7.24fps를 보였다.

Abstract

In this paper, We propose a simulation method of brain deformation caused by surgical instruments using position based dynamics. We used infrared cameras to build AR surgical environment. It is used to match virtual space with real world and to track surgical instruments. We applied the various constraint for stable deformation while maintaining softbody properties. We inserted surgical instruments to the ventricle using augmented information and successfully drained it. The simulation speed of our method was 7.24fps on average.

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