This thesis develops a model of upper gastrointestinal tract for ERCP simulation. The model helps to train the endoscopic procedure to navigate from esophagus to duodenum. The stomach model for ERCP simulation should consider two requirements, i.e., high resolution for the entire region and large deformation in the greater curvature of the stomach.
In order to meet these requirements, locally-applied mass-spring system with linear interpolation is developed for the stomach model. The process to build the locally-applied mass-spring system with linear interpolation is as follows. First, link-based data is generated from the mesh-based data acquired from imaging software. Second, different types of nodes are assigned for mass-spring system and linear interpolation based on the deformation pattern. Finally, mass-spring system and linear interpolation is applied to these nodes.
Computation time is reduced due to decrease of mass nodes in the mass-spring system, while simultaneously maintaining high resolution. This model has a similar accuracy and simulation effects with mass-spring only system.
본 논문에서는 내시경적 역행성 담췌관조영술(ERCP)의 시뮬레이션을 위한 상부 위장관을 개발한다. 이 모델은 선형 보간법(linear interpolation)을 이용하여 지역적으로 질량-스프링 시스템(mass-spring system)을 적용한다.
해부학적 특징과 시술학적 특징을 고려하여 이 모델은 크게 두 가지의 요구사항을 필요로 한다. 첫째, 측시경(side-viewing endoscope)을 이용하여 시술 경로를 파악하기 때문에 내부 장기의 지시자(lankmark)를 정확하게 표현해야 한다. 둘째, 위의 대만곡은 다른 부위에 비해 내시경 경로의 굴곡이 크고 위 주름이 크기 때문에 큰 변형(large deformation)이 발생하게 된다.
본 모델은 고해상도이면서 특정 부위에 큰 변형이 발생을 구현하기 위해, 선형 보간법을 이용하여 지역적으로 질량-스프링 시스템을 적용한다. 우선, 이미지 처리 프로그램에서 얻은 매쉬 기반 데이터를 링크 기반 데이터로 변환하는 알고리즘을 설계하였다. 이 전역 링크 기반 데이터를 이용하여 질량-스프링 모델에 적용되는 질량 노드들을 얻어내는 알고리즘을 설계하였다. 마지막으로 내시경에 의한 위의 변형 방식에 따라 수직방향으로 바운딩 박스(bounding box)를 만들어 반자동으로 선형 노드 데이터를 설계하였다. 이 선형 노드 데이터의 역할은 질량 스프링 시스템에 의한 변형 구역과 일정한 형태를 유지하는 강체 구역을 연결한다.
본 모델의 장점은 고해상도를 유지하면서 동시에 큰 변형이 필요한 부위에 질량 스프링 시스템을 적용하여 실시간으로 시뮬레이션이 가능하다. 또한, 질량 스프링 시스템만 적용한 모델과 비슷한 정확도(accuracy)를 가지고 있다.
