VirtaMed LaparoS 시뮬레이터를 사용한 혼합 현실 수술 트레이닝

최첨단 의료 기술로 인정받는 VirtaMed LaparoS가 Unity의 실시간 3D 디지털 트윈 기술과 통합된 햅틱 피드백을 사용하여 실제와 같은 수술 트레이닝을 제공합니다.

참고: 이 포스팅은 불편감을 줄 수 있는 수술 이미지를 포함하고 있습니다.

VirtaMed는 의료 교육용 혼합 현실 시뮬레이터를 개발하는 스위스 제조업체로, 전통적인 수술 훈련에 수반되는 위험을 줄일 수 있는 솔루션을 개발했습니다. Unity의 디지털 트윈 기술을 활용하여 복잡한 수술 훈련 시나리오를 재현한 VirtaMed는 수상 경력에 빛나는 혁신적인 LaparoS 시뮬레이터를 통해 의사들이 수술을 훈련하는 방식을 혁신하고 있습니다.

Broward Health의 FACS 프로그램 디렉터 Ivan Puente 의학 박사는 다음과 같이 말했습니다. "시뮬레이터에 다가서는 순간부터 실제 수술실처럼 준비할 수 있습니다. 시뮬레이터는 실제 환자에게 행하는 수술을 그대로 모방합니다. 레지던트가 수술에 철저히 대비할 수 있도록 출혈이나 담즙 유출과 같은 합병증을 추가할 수 있는 점이 마음에 듭니다. 수술 전에 시뮬레이션으로 훈련하면 확실히 실력이 향상되므로 더 확실하게 환자의 안전을 보장할 수 있습니다."

이번 포스팅에서는 실시간 3D 디지털 트윈 기술로 구축한 VirtaMed의 시뮬레이터 훈련 프로그램과 시뮬레이션을 이용한 수술 훈련의 장점에 대해 자세히 살펴봅니다.

전통적인 수술 훈련은 수술을 참관하고 집도하는 과정에서 경험을 전수하는 방식으로 이루어졌습니다. 하지만 의료 기술이 선진화된 오늘날에는 이러한 방식이 적합하지 않습니다. VirtaMed에서는 외과의가 실제 환자를 대상으로 첫 수술을 집도하면 안 된다는 신념을 가지고 있습니다. LaparoS 혼합 현실 시뮬레이터를 사용하면 외과의가 안전하고 실제와 같은 환경에서 '디지털 인간'을 대상으로 일반 복강경 수술(복벽을 절개하여 소형 카메라를 삽입하는 수술)이나 산부인과 수술을 훈련할 수 있습니다.

VirtaMed는 햅틱 피드백을 제공하는 혁신적인 시뮬레이션 플랫폼과 극사실적인 실시간 3D 시각화를 결합하여 전통적인 의료 교육의 틀을 깨는 복강경 수술 훈련 시뮬레이터를 제작했습니다. 이를 통해 수련의는 실제 환자의 몸이 아닌 시뮬레이터에서 부담 없이 의료 훈련을 실시할 수 있습니다.  

시뮬레이션이 전통적인 방식에 비해 훈련 성과를 극적으로 개선한다는 사실은 과학적으로 증명된 바 있습니다. 수련의는 고품질의 시뮬레이션 경험을 통해 의심 없이 훈련 시나리오에 몰입할 수 있습니다. 일례로 훈련 도중 가상 환자가 피를 흘리는 경우, 출혈이 실제와 같이 표현되어야만 수련의가 실제 수술처럼 몰입하여 빠른 해결 방안을 찾을 수 있습니다. 

또한 LaparoS 시뮬레이터는 수련의의 움직임을 밀리미터 단위로 기록하여 수련의의 수술 성과뿐만 아니라 시뮬레이션된 환자의 잠재적 예후에 대해서까지 귀중한 피드백을 제공합니다. 

복부를 비롯한 기타 신체 부위의 디지털 트윈을 사용한 시뮬레이션 훈련은 훈련 속도를 높여 신규 외과의의 수술실 투입 시기를 앞당길 뿐만 아니라, 단체 훈련 시나리오를 지원하여 전반적인 훈련 비용을 절감합니다.

전통적으로 외과 전문의는 견습 방식을 통해 기술을 전수합니다. 이 방식은 가르치는 의사의 기술에 의지하여 이루어집니다. VirtaMed의 목표는 세계적인 외과 전문의의 기술을 코드화한 후 시뮬레이터 프로그램에 담아 모든 수련의가 이용할 수 있도록 하는 것입니다. 

머신러닝을 이용하는 VirtaMed의 시뮬레이션 플랫폼은 외과 전문의가 생성한 데이터를 사용하여 베스트 프랙티스 수술 기법을 정량화합니다. 전문의의 기술은 시뮬레이션 플랫폼에 저장되어 수련의의 성과를 평가하는 척도로 사용됩니다. 아울러 수련의는 전문의의 숙련도를 기준으로 하여 상황별 피드백을 받습니다. 이와 같이 디지털 트윈 기반 시뮬레이션 훈련이 점차 상용화됨에 따라 기술 접근에 장벽이 사라져 전문적인 수술 기술을 민주화할 수 있습니다.

"VirtaMed는 환자를 위해 혁신적인 기술을 사용하여 수술 훈련을 개선합니다. Unity 덕분에 당사는 현재와 미래에 가장 많은 영향력을 행사할 수 있는 게임 개발 분야에서 이루어진 상당한 투자와 발전된 기술을 활용할 수 있습니다." 

– Stefan Tuchschmid, VirtaMed 공동 CEO 겸 설립자

VirtaMed는 기존 기술을 확장하고 실제 수술실에서 진행되는 복잡한 절차를 모사하기 위해 최첨단 그래픽스를 지원하는 실시간 3D 엔진이 필요했습니다. 

VirtaMed의 선임 소프트웨어 엔지니어 Basil Fierz는 기술 파트너로 유니티를 선택한 이유에 대해 다음과 같이 설명합니다.

• 유니티는 기술에 투자하고 이를 개선하는 데 헌신적이며, VirtaMed는 유니티의 고해상도 렌더 파이프라인(HDRP)의 잠재적 역량을 알아보았습니다.
• Unity 엔진 본연의 확장성 덕분에 VirtaMed는 기존의 물리 시뮬레이션 툴을 Unity로 확장할 수 있었고, 다른 물리 엔진으로 처음부터 다시 시작할 필요가 없었습니다.
• 유니티의 Integrated Success 서비스는 VirtaMed 팀이 안심하고 개발 범위를 확장할 수 있도록 체계적으로 지원했습니다.

"유니티의 Developer Relations 매니저는 VirtaMed를 유니티 조직 전체와 잇는 가교 역할을 하며, 엔지니어링에서 마케팅까지 모든 부서와 효율적으로 소통할 수 있도록 지원합니다. 정기적으로 이루어진 미팅에서는 일상적인 지원 주제뿐만 아니라 관련 콘텐츠나 워크플로를 개선하는 새로운 기능까지 다루는 등 대단히 유용합니다."

– Basil Fierz 박사, VirtaMed 선임 소프트웨어 엔지니어  

VirtaMed는 Unity를 사용하여 사실적인 비주얼 에셋과 햅틱 피드백을 결합하여 LaparoS만의 우수한 훈련 경험을 구현할 수 있었습니다. VirtaMed는 기존 물리 엔진을 Unity에 직접 통합하여 인체 내부 장기의 물리 작용뿐 아니라 수술 기구와 장기 간의 상호 작용을 정확하게 표현합니다. 

개발 초기 단계에서는 시뮬레이션된 장기가 실제 장기와 물리적으로 동일하게 움직이도록 하는 데 주력했습니다. VirtaMed는 이를 구현하기 위해 실제 의료 시술의 동영상 녹화본, 수술 절차에 대한 지식, 수술 참관, 의사의 직접적인 조언 등의 여러 정보를 종합했습니다. 물리 시뮬레이션이 수술 기구와의 상호 작용에 반응하면, 기구가 반력을 계산하고 이를 시뮬레이터 투관침에 전달하여 햅틱 피드백을 제공합니다. 

아울러 VirtaMed의 Unity 기반 플랫폼은 현지의 수련 팀이 수술 관행의 지역적 차이(예: 집도의가 환자의 어느 편에 서는지)에 따라 유연하게 조정할 수 있습니다. 이러한 기능은 교육 담당자의 선호에 따라 손쉽게 활성화 또는 비활성화할 수 있습니다.

개발 단계에서 VirtaMed 팀은 유니티의 Furioos 스트리밍 솔루션을 사용하여 내부 테스트를 진행했습니다. 클라우드 기반 스트리밍 기술인 Furioos를 사용하면 웹 브라우저를 사용하여 복잡한 인터랙티브 3D 애플리케이션에 간편하게 액세스할 수 있으므로 설계 검토 협업이 더 원활해집니다. 

아울러 VirtaMed는 물리 시뮬레이터 기계도 개발했습니다. Furioos 솔루션으로 시뮬레이션의 설계 검토를 수행하여 시뮬레이터 하드웨어 생산 시 불필요한 지연이 발생하는 것을 방지했습니다.  

LaparoS 훈련 시뮬레이터의 성공을 바탕으로 VirtaMed는 앞으로 12개월에 걸쳐 기존 제품을 Unity로 마이그레이션하고, 향후 제품에 Unity를 사용할 계획입니다. 

Unity 에디터를 사용한 덕분에 VirtaMed는 빠르게 콘텐츠를 제작하고, 다른 업계 고객을 위해 소규모 커스텀 프로젝트를 빌드하는 등 개발 이점을 다양한 제품으로 확장하게 되었습니다. 향후에는 희귀 사례 시나리오를 포함하기 위해 훈련 프로그램 기술 저장소를 구축할 계획이 있습니다. VirtaMed는 Unity의 디지털 트윈 기술을 사용하여 시뮬레이션 플랫폼을 구축한 이래로 시뮬레이션 제품을 확장하고 개발할 만반의 준비를 갖추고 있습니다. 

"VirtaMed의 비전은 환자가 위험에 처하지 않는 안전한 환경에서 외과의가 훈련할 수 있도록 적합한 도구를 제공하여 수술 훈련을 개선하는 것입니다. 훈련 방식이 디지털화되며 수치화가 가능해지고 있습니다. 여기에 자기 주도 훈련, 게임화, 적응 학습을 더하면 수술 훈련에 진정한 변혁을 불러 일으킬 모든 요소가 갖추어집니다." 

– Stefan Tuchschmid, VirtaMed 공동 CEO 겸 설립자

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