의학과 과학에서의 가상화

몰입형 가상현실(iV)을 이용하여 미지의 영역을 탐구하는 연구원들

Joseph Knoop
20 November 2016

수세기 동안 의학적, 과학적 발견은 연구원들의 눈에 실제로 보이는 것으로 한정되어 왔다. 그러나 고성능 컴퓨터와 몰입형 가상현실(iV)이 등장하면서 오늘날의 연구원들은 인간의 심장 속 심실 안에서 이뤄지는 심장 박동을 관찰하거나 어떤 생물학적 과정을 거쳐서 세포가 형성되고 독립적인 개체로 발전하는지까지도 지켜볼 수 있게 됐다.

몰입형 가상현실(iV)이 많은 분야에 영향을 미치고 있는데 그 중에서도 과학및의학분야가가장획기적 인 효과를 거두고 있다.

예를 들어, 의학 분야에서는 수술의 속도, 정 확도,안전에따라환자의생사가달라질수 있는데, 가상현실(VR)과 증강현실(AR)은 의 사가 가상의 환자를 대상으로 어려운 수술 을 계획하고 연습하는데 유용하다. 심지어 CT검사나MRI같은디지털진단도특정환 자의 생리를 고려한 맞춤형 가상현실 모델 로 대체할 수 있다.

이미 그와 같은 용도로 개발된 애플리케이 션이 있는데 다름아닌 HTC Vive의 Surgical Theater 애플리케이션이다.

HTC Vive의 B2B 가상현실 사업부 담당 부 사장인 에르베 퐁텐(Herve Fontaine)은 "공 간이너무좁아서수술하기여의치않은아 동의 뇌 종양을 염두에 두고 개발했다. Surgical Theater는 실물보다 더 큰 가상현 실도 구현하므로 외과의사가 실제로 안으로 들어가서 모든 각도에서 종양을 살펴보고 가장적절한종양제거방법을결정할수있 다.덕분에수술성공률이훨씬높아진것으 로 확인됐다"라고 설명했다.

“ 실제 환자에게 다양한 버전의 의료 장치를 이식해 보는 실험을 하는 건 불가능하지만 환자의 해부학적 구조가 구현된 가상모델에서는 다양한 의료 장치를 이식해 보고 가장 적합한 버전을 찾아낼 수 있다.”

앤드류 나라콧
영국 셰필드대학교 산하 Insigneo 컴퓨터 의학 모델링 연구소 의학 물리학 강사

가상현실은 외과 실습에도 효과적이다. 컴퓨터 그래픽 시장을 선도하는 엔비디아의 엔터프라이즈 VR 담당 이사인 데이비드 웨 인스타인(David Weinstein)은 "훈련 환경은 정확도가 생명이다. 따라서 디지털로 구현된 환자가 실제 환자와 물리학적으로 동일하게 반응해야한다.두개체가서로언제가까워 지고두개체가접촉했을때예를들어,수 술용메스를신체에댔을때어떤반응이나 타나는지 알아야 하는데, 이 개체 추적 알고 리즘이 대단히 복잡하기 때문에 엔비디아는 촉각을 뒷받침할 수 있는 시청각적 라이브 러리를 개발하고 있다"라고 말했다.

가상현실에 정확한 신체의 생리 구현

피트 존슨(Pete Johnson)은 가상현실에서 3D 의료 모델을 확인하면서 조작하는데 필 요한 맞춤형 워크스테이션을 제작하는 기업 인 zSpace의 전략적 비즈니스 개발 담당 부 사장이다.

존슨은 "다쏘시스템을 비롯한 다수의 전 세 계 과학 전문가들과 손잡고 Living Heart 프 로젝트를 진행한 적이 있다. 프로젝트 목적 은정확히구현된심장박동모델을관찰해 서실제로신체내부에서심장이어떻게작 용하는지 확인하는 것이었는데, 이미 사망한 인체로는 시험해볼 수 없는 일이다. 이 모델 에는 기계 역학과 유체 역학이 철저히 적용 되어있어서환자를상대로한설명부터수 술 전 계획과 의학 연구에 이르는 다양한 용 도로 사용할 수 있다"라고 설명했다.

zSpace 워크스테이션은 과학 및 의학 연구 의중대요소인사용자간의소통이원활하 게 이뤄지도록 특별히 설계되어 있다고 존 슨은 말했다. "HMD(Head-Mounted Display)의 맹점은 외부와 단절된다는 점이 다. 다시 말해, 사용자가 다른 사람과 가상현 실을 공유할 수 없다는 것이다. 그러나 zSpace가 개발한 모델은 학생이나 연구원 등의 사용자들이 효과적으로 상의하고 소통 할수있는일종의과학실험실같은역할을 할수있다."

가상의 인체 생리

영국 셰필드대학교(University of Sheffield) 산하 Insigneo 컴퓨터 의학 모델링 연구소 (Insigneo Institute for in silico medicine)의 연구원들은 유럽연합의 자금 지원으로 진행 중인 VPH(Virtual Physiological Human)라는 프로젝트의 일환으로 인체의 기본 체계를 3D 모델로 구현하는 작업에 참여하고 있다.

이대학의의학물리학강사앤드류나라콧 (Andrew Narracott)은 "복잡한 연구 문제를 해결하거나 또는 예를 들어 심장혈 관계, 근육조직,시력또는소화계질환을효과 적으로 치료할 목적으로 개인적으로 또는 공동으로 사용할 수 있는 신체 시뮬레이션 환경과 모델을 개발하는 것이 VPH 프로젝 트의 목표다. 개발 과정에서 의료 현장의 여건을 적극 반영해 그렇게 얻은 결과물을 일상적인진료활동에활용할수있도록하 는데도 중점을 두고 있다"라고 말했다.

나라콧은 이렇게도 말했다. "실제 세계에서 시도하기에는 위험이 너무 큰 다양한 수술 을가상으로실습해볼수있다는점도돋보 인다. 이를테면, 실제 환자에게 다양한 버전 의의료장치를이식해보는실험을하는건 불가능하지만 환자의 해부학적 구조가 구현 된 가상모델에서는 다양한 의료 장치를 이 식해보고 가장 적합한 버전을 찾아낼 수 있 다.물론컴퓨터화면을통해이런수술을 진행하는 방법이 이미 나와 있지만, 가상현 실(VR)에서는 3D 모델이 실제 환자와 동일 하게 반응한다는 점에서 혁신적이다."

가상현실은 환자 치료를 목적으로 공조하는 의사들 간의 커뮤니케이션을 개선하는 데도 효과적이라고 셰필드대학교 의학 물리학 강 사인 존 W. 페너(John W. Fenner)는 얘기 했다. 그는 또 "의학에서는 커뮤니케이션만 큼중요한것도없다.가령,외과의가방사 선 전문의와 수술 절차를 협의하거나 환자 에게어떤치료를할것인지설명해야하는 경우가 많은데, 가상현실을 활용하면 말이나 도해, 심지어 동영상보다 더 이해하기 쉽게 이런 정보를 전달할 수 있다"고 말했다.

가상현실에서 세포의 비밀 탐구

의학 연구원들이 가상현실을 치료 환경에 응용하는 방안을 모색하는 동안, 이론 과학 자들은 생명 활동이 유기체를 형성하는 방 법에 관한 가장 기초적인 원리를 이해하는 데이기술을활용하고있다.

BIOVIA의 과학 연구 소프트웨어 담당 전무 이사인 레자 사데기(Reza Sadeghi)는 이렇 게 말했다. "세포가 어떤 역할을 하는지에 대해서는 이미 누구나 동의할 만한 이론이 정립되어 있지만 세포가 어떻게 그 역할을 하는지에 대해서는 지금도 의견이 분분하다. 물론,세포안을카메라로찍을수있는것 은 아니지만 이제는 시뮬레이션을 통해 제 대로세포를이해할수있다.지금의컴퓨터 성능이라면 이론을 실제로 체험해볼 수 있 는 알고리즘을 충분히 구현할 수 있다."

사데기는 가상현실과 고성능 컴퓨터의 결합 으로 과학연구 방식에 대대적인 변화가 일 것으로 예측했다. "무슨일이벌어지고있는지실제로볼수 있으면 지식이 부족해 물음표로 남아 있던 부분에대한해답을찾기가훨씬더수월해 질 것이다. 시뮬레이션이 완벽한 수준에 이 른 것은 아니지만 근접한 것만은 분명하다. 진정한 협력 환경에서 모든 전문가들이 함 께모여멋지고새로운방식으로과학적발 견을찾아나설수있는교두보가마련된 셈이다." ◆

Sugical Theater을 감상해 보세요. :
http://3ds.one/SurgicalVR

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