작성일 2016년 11월 14일

코수술의 3D 모델링: CT 볼륨렌더링·보형물 시각화

백정환 원장이 CT 볼륨렌더링과 STL 모델 중첩을 통해 코의 피부·뼈·기도 및 보형물 위치를 시각화하는 과정을 소개합니다. 연골 형태는 직접 확정하는 대신 단서를 통해 유추하는 것으로 원문에서 설명됩니다.

코수술의 3D 모델링에 대해 백정환 원장은 어떻게 설명하나요?

백정환입니다.
3D 프린팅 및 3D 모델링 에 관해
관심을 두고 몇년째 보내고 있지만,
공학자도 아니고,
프로그래머도 아닌
일개 의사로서 그 한계를 항상 느끼며,
지식의 부족함을 느끼고 있습니다.
이런 와중에
코어라인소프트 라는 회사의 도움을 받아
최근 새로운 지식 습득에 빠져 있습니다.
오늘은 코성형 수술에 활용되는
3D 모델링 및 3D CT 이미지 응용에 대해
소개 드리겠습니다.

일반적으로
많이 보아 오신 3D CT 이미지 입니다.
뼈를 주로 확인할 수 있는 모습이고,
2차원적인 평면 이미지를
3차원으로 재구성하여,
보다 직관적인 다양한 정보를 제공합니다.
하지만,
위의 이미지 만으로는
연부조직과의 상관 관계 를
명확하게 파악하기 힘이 드는 것이 사실입니다.

같은 환자에서
이러한 문제를 해결하고자
주로 활용하는
피부 texture 이미지 입니다.
환자의 실제 겉모습을
3D CT를 마치 3D scanner 처럼
활용하는 방식 입니다.
하지만, 이 방식 역시
환자의 뼈와 피부를 같이 보지 못하기에
3차원 구조상의 상관 관계를
명확히 직관적으로 활용하기 어려운 점이 있습니다.

CT 볼륨렌더링과 HU 값

그래서 응용되는 방식이
VR 이라는 영상 기법입니다.
3D CT 촬영시 얻어지는
3차원 구조상의 점(voxel)의
HU(Hounsfield Unit) 값을
선택적으로 이미지화 하는 방식을 활용합니다.
위 표처럼
인체의 각 부분은 각기 다른 HU 값을 가지고 있고,
실제 CT scanner는 이러한 HU 값을 수치적으로
얻어내는 장비 입니다.

VR(Volume Render)기법을 활용하면,
위 사진과 같이 피부와
뼈와 콧속의 air way 까지 확인이 가능합니다.

코 연골 형태를 유추하는 단서

특히 관심을 둘수 있는 부분은
3D CT 상에서 보이지 않는 코의 연골 구조를
유추해 볼 수 있는 단서를 얻을수 있다는 점입니다.
일반적으로 연골의 이미지를 얻기 위해서는
MRI 장비를 사용해야 하지만,
이러한 3D VR 기법으로
위의 사진과 같은 이미지를 얻는다면,
노란원의 Lateral cartilage
빨간원의 Lower lateral cartilage의
형태를 유추해 볼 수 있게 됩니다.

또한 코 수술 시
최근 들어 가장 중요시 하는
Supratip break point의
형태와 주변 연부조직의 두께를 유추해 볼 수 있는
좋은 단서가 될 수 있습니다.

조금 해상도가 떨어지는 이미지 에서도
VR 기법을 통해 충분히 확인 가능한
형태의 이미지를 얻을 수 있습니다.

위 사진과 같이
짧은코를 길게 연장하기 위하여,
Lateral cartilage와 Lower lateral cartilage를
분리한 흔적도 확인이 가능합니다.

옆에서 보면 그 모습이
보다 명확히 관찰이 됩니다.

음영의 투명도를 조금만 더 조절하면,
삽입된 실리콘 보형물(빨간 화살표) 와
코끝에 삽입된 귀 연골(노란 화살표)의 모습도
어렴풋이 확인이 가능합니다.

Mask·STL 모델과 보형물 시각화

위사진은
어렴풋이 보이는 실리콘 보형물을
Mask를 생성하여,
STL 파일로 변환한 후
Mesh 수정 및 Smoothing을 한 후에
다른 색깔을 부여 하고,
VR 이미지와 STL 이미지를
중첩시킨 모습입니다.

사면 모습을 보면,
피부와 뼈
Air way
삽입된 실리콘 보형물이
명확하게 관찰이 되는 모습을
볼 수 있습니다.

확대된 정면 이미지의 모습입니다.
삽입된 실리콘의 모습을
보다 직관적으로 볼 수 있고,
Deviation 및 삽입 위치를
직관적으로 볼 수 있습니다.

사면 모습에서도
앞서 설명드린 내용을
직관적으로 확인할 수 있고,
이를 통해 수술 적절성 여부를
보다 직관적으로 판단할 수 있습니다.

위와 같은 측면 이미지를 통해
머릿속에서 떠올리는 이미지가 아닌
시각화된 3차원적 구조를
직관적으로 보고 확인 할 수 있고,
이를 통해
보다 나은 수술 계획 및
평가를 할 수 있으리라 생각됩니다.
다소 낯설고
별거 아닌 내용이라 생각하실 수도 있습니다.
하지만,
제게는 마치 드론을 처음 날리고,
접해본 View를 봤을때의
느낌처럼 황홀하기 마져 합니다.
관심 있는 분들에게
이런 세계도 있다는 점 알려 드리고 싶어
흥분되는 마음으로
글을 적어 봅니다.
토요일 오후 늦은시간까지
많은 도움 주신
코어라인소프트 장세명이사님 께
진심으로 감사 드립니다.