운동선수가 경기를 위해 훈련하거나 배우가 공연을 위해 리허설을 하는 것처럼 외과의사도 수술에 앞서 준비합니다.
이제 Atlas Meditech는 AI와 물리적으로 정확한 시뮬레이션을 통해 뇌 외과의가 수술 전 준비 과정에서 새로운 차원의 현실감을 경험할 수 있도록 지원합니다.
뇌수술 인텔리전스 플랫폼인 Atlas Meditech는 모나이(MONAI) 메디컬 이미징 프레임워크와 엔비디아 옴니버스(NVIDIA Omniverse) 3D 개발 플랫폼을 비롯한 도구를 채택하여 AI 기반 의사 결정 지원 및 고충실도 수술 리허설 플랫폼을 구축하고 있습니다. 이를 통해 Atlas는 수술 결과와 환자 안전을 개선하는 것을 사명으로 삼고 있습니다.
“Atlas는 뇌 외과 의사를 위한 멀티미디어 도구 모음을 제공하여 실제 수술 전날 밤에 정신적으로 수술 리허설을 할 수 있게 해줍니다.”라고 Atlas Meditech와 비영리 단체인 Neurosurgical Atlas의 설립자 Aaron Cohen-Gadol 박사는 말합니다. “가속화된 컴퓨팅과 디지털 트윈을 통해 이러한 정신적 리허설을 시뮬레이션에서 매우 사실적인 리허설로 바꾸고자 합니다.”
Neurosurgical Atlas는 백만 명 이상의 온라인 사용자에게 사례 연구, 수술 비디오 및 뇌 3D 모델을 제공합니다. 인디애나 대학교 의과대학 신경외과 교수이기도 한 Cohen-Gadol 박사는 미국 내 뇌수술 수련 프로그램의 90% 이상과 다른 국가의 수만 명의 신경외과 전문의가 레지던트 기간과 수술 경력 초기에 Atlas를 핵심 리소스로 사용하고 있다고 추정합니다.
Atlas Meditech의 Pathfinder 소프트웨어는 전문가가 병변에 도달하기 위해 뇌를 탐색할 수 있도록 안전한 수술 경로를 제안할 수 있는 AI 알고리즘을 통합하고 있습니다.
또한 맞춤형 3D 파이프라인과 메타버스 애플리케이션을 연결하고 구축하는 플랫폼인 엔비디아 옴니버스(NVIDIA Omniverse)를 통해 수술 리허설을 위한 개별 환자의 뇌에 대한 맞춤형 가상 표현을 생성하는 것을 목표로 하고 있습니다.
인간 두뇌를 위한 맞춤형 3D 모델
화면 또는 몰입형 가상 현실에서 구현되는 Atlas Meditech의 고급 시뮬레이션의 주요 이점은 시뮬레이션을 맞춤화할 수 있어 외과의가 환자의 뇌 크기, 모양 및 병변 위치와 일치하는 가상의 뇌에서 연습할 수 있다는 점입니다.
Cohen-Gadol 박사는 “모든 환자의 해부학적 구조는 조금씩 다릅니다.”라고 말합니다. “현재 물리학 및 고급 그래픽으로 할 수 있는 일은 환자별 뇌 모델을 생성하고 이를 통해 종양을 보고 가상으로 수술하는 것입니다. 물리적 특성의 정확성은 수술 중 실제 세계에서 경험하는 경험을 재현하는 데 도움이 됩니다.”
환자 뇌의 디지털 트윈을 생성하기 위해 Atlas Pathfinder 도구는 MRI 및 CT 스캔에 자동으로 주석을 달아 정상 구조와 종양을 구분하여 영상의학과 전문의를 지원할 수 있는 모나이 라벨(MONAI Label)을 채택했습니다.
Cohen-Gadol 박사는 “중요한 구조를 세분화하고 보호할 수 있는 기회를 제공하기 때문에 모나이 라벨(MONAI Label)은 모든 의료 프로젝트의 관문입니다.”라고 말합니다. “Atlas의 경우, 개별 환자의 스캔에서 무엇이 정상 혈관이고 무엇이 종양인지 강조하여 외과의의 눈 역할을 하도록 모나이 라벨(MONAI Label)을 훈련시키고 있습니다.”
환자의 뇌를 세분화하여 볼 수 있는 Atlas Pathfinder는 3D 뇌 모델을 환자의 특정 해부학적 구조에 맞게 조정하여 종양이 뇌 조직의 정상 구조를 어떻게 변형시키는지 파악할 수 있습니다.
영상의학과 전문의와 외과의가 정밀도를 높이기 위해 수정할 수 있는 시각화를 기반으로 Atlas Pathfinder는 뇌의 다른 부위를 손상시키지 않고 종양에 접근하여 제거할 수 있는 가장 안전한 수술 접근법을 제안합니다. 각 접근 방식은 수술 계획에 대한 서면 튜토리얼이 포함된 Atlas 웹사이트로 연결됩니다.
Cohen-Gadol 박사는 “AI 기반 의사 결정 지원은 밀리미터 단위가 중요한 고도로 복잡한 3D 구조를 탐색하는 데 큰 차이를 만들 수 있습니다.”라고 말합니다.
외과 의사를 위한 현실적인 리허설 환경
Atlas Meditech는 엔비디아 옴니버스(NVIDIA Omniverse)를 사용하여 외과의가 실제와 같은 환경에 몰입하여 다가오는 수술을 연습할 수 있는 가상 수술실을 개발하고 있습니다. 시뮬레이션에서 외과의는 환자와 장비의 위치를 수정할 수 있습니다.
외과의는 VR 헤드셋을 사용하여 이 가상 환경 내에서 수술 과정을 단계별로 진행하면서 종양에 도달하기 위해 목표 경로에 얼마나 근접하고 있는지에 대한 피드백을 받을 수 있습니다. AI 알고리즘을 사용하여 외과의가 수술 중 의료 기구를 사용할 때 뇌 조직이 어떻게 변화할지 예측하고 시뮬레이션된 뇌에 예상되는 변화를 적용할 수 있습니다.
Cohen-Gadol 박사는 “외과의가 가상의 3D 공간에 들어가 두개골을 자르고 환자와 매우 유사한 물리적 특성을 가진 시뮬레이션된 뇌로 수술을 리허설할 수 있다면 그 힘은 엄청날 것입니다.”라고 말했습니다.
뇌의 물리적 속성을 더 잘 시뮬레이션하기 위해 연구팀은 엔비디아 옴니버스(NVIDIA Omniverse)의 일부인 고급 실시간 물리 시뮬레이션 엔진인 엔비디아 피직스(NVIDIA PhysX)를 채택했습니다. 햅틱 장치를 사용하여 가상 환경에 햅틱 피드백을 추가하여 뇌 조직을 다루는 느낌을 모방하는 실험을 할 수 있었습니다.
수술 훈련의 미래에서 AI, 로보틱스 구상하기
Cohen-Gadol 박사는 향후 몇 년 안에 AI 모델이 수술 중에 추가적인 인사이트를 제공함으로써 수술을 더욱 향상시킬 수 있을 것이라고 믿습니다. 예를 들어, 수술 중인 부위에 인접한 중요한 뇌 구조에 대해 외과의에게 경고하고, 수술 중 의료 기기를 추적하며, 수술의 다음 단계에 대한 가이드를 제공하는 등의 기능을 제공할 수 있습니다.
Atlas Meditech는 이러한 실시간 수술 중 인사이트를 제공하기 위해 스트리밍 AI 애플리케이션을 위한 엔비디아 홀로스캔(NVIDIA Holoscan) 플랫폼을 탐색할 계획입니다. 수술 중 외과의의 행동에 AI 분석을 적용하면 외과의에게 유용한 피드백을 제공하여 기술을 개선할 수 있습니다.
Cohen-Gadol 박사는 외과의가 수술 리허설을 할 때 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 뇌와 수술실의 디지털 트윈은 옴니버스(Omniverse)에서 개발된 로봇 공학 시뮬레이션 애플리케이션인 이삭 심(Isaac Sim)을 사용하여 현미경 로봇과 같은 지능형 헬스케어 기기를 훈련하는 데 도움이 될 수 있다고 말합니다.
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