정기구학 및 역기구학을 이용한 하지 교정 절골술 계획 생성 (Surgical Planning in Deformity Correction Osteotomies using Forward Kinematics and Inverse Kinematics)

서지정보

· 발행기관 : (사)한국컴퓨터그래픽스학회
· 수록지 정보 : 한국컴퓨터그래픽스학회논문지 / 20권 / 1호 / 1 ~ 11페이지
· 저자명 : 정지원, 이승열, 윤기범, 박문석, 이제희

초록

뇌성마비에서 나타나는 하지 변형은 정상 보행 및 자세 유지에 어려움을 준다. 이를 교정하기 위해 임상의는 변형 정도를 측정하여 교정 절골술 계획을 수립하고 계획된 정도만큼 절골술을 시행한다. 그러나 절골술 시행 후 원래 계획보다 더 적거나 더 많이 교정되는 상황이나 의도치 않았던 변형이 발견되는 상황이 종종 발생한다. 이러한 문제 상황들이 발생하는 이유는 절골술 계획 수립 시, 기존의 방법이 하지 골의 정확한 형태학적 정보를 반영하기 어렵고 하지 골을 절골하여 회전시키는 정도에 따라 최종 결과가 어떻게 나오는지 사전에 예측하는 것이 쉽지 않으며 효과적인 교정 결과를 얻을 수 있는 절골술 방법, 회전각도 등 다양한 입력 조건의 최적 조합을 찾기가 어렵기 때문이다. 본 논문은 이를 해결하기 위해 컴퓨터 그래픽스 분야의정기구학, 역기구학 및 최적화 기법을 하지 교정절골술에 적용하여 임상의가 최적의 절골술 계획을 수립할 수 있도록 하는 방법을 제안한다. 하지 골의 3차원 메쉬 모델을 입력으로 받아 이를 분석하여 하지 특징점을 추출하고 임상지표를 자동으로 계산하여 변형 정도를 파악하는 방법, 하지 골을 대상으로 하는 5가지 교정절골술의 시뮬레이션을 통해 그 결과를 사전에 예측할 수 있는 방법 그리고 비선형 최적화 문제로 변환하여 최적 교정절골술 계획을 자동으로 수립하는 방법을 제안한다. 이를 통해 하지 골 교정 절골술과 관련된 거의 모든 경우의 수를 사전에 확인해 볼 수 있어서 종래의 방법보다 훨씬 쉽고 효율적으로 절골술을 계획하고 실행할 수 있을 것이다.

영어초록

Patients with cerebral palsy or arthritis have deformities in lower limb which cause unstable gait or posture and pains. Surgeons perform a deformity correction osteotomy with surgical plan. But sometimes they find the unexpected angular or rotational deformation after surgery. The problems are that there is no method to predict the result of a surgical plan and also there are so many factors to must consider in surgical planning step such as clinical measurements, rotation angle, wedge angle, morphology of lower limb, etc. This paper presents new methods for planning the deformity correction osteotomy efficiently. There are two approaches based on the 3D mesh model and the accurate assessment of the patient’s lower limb. One is the manual presimulation of surgery using forward kinematics. And the other is the automatic surgical planning using inverse kinematics and nonlinear optimization. Using these methods, we can predict and verify the results of various surgical treatments and also we can find a more effective surgical plan easily compared to conventional methods.

참고자료

· 없음