ERCP is a minimally invasive technique for diagnosing and treating pathologic conditions of the bile duct and pancreatic duct. This thesis aims at developing real-time, interactive simulation of ERCP which helps training of skills to physicians.
The upper gastrointestinal model in ERCP simulation is large and tubular shaped but the collision region and the viewed region are relatively small. Centerline based modeling is suitable for identifying that region by using centerline and circular indices. Proposed method creates centerline-based model with segmentation of the entire original model by constructing a hexagon lattice structure. By using linear interpolation while ray-casting, this method preserves proper ordering of indices in the large curvature region. This method also creates uniform meshes despite of varying model diameter. Further, in collision detection, since no additional model like BVH is used, refitting of additional model is not required.
The duodenal papilla is modeled by using FEM. For simulating interactions between duodenal papilla and various tools or gallstone, a multi-contact model is using mass-spring membrane. The membrane is generated at the local region where contacts occur, which is identical to local triangular surface mesh of the finite element model. Then the membrane is deformed by contact with the tool. This method determines the position constraints of deformable objects and prevents interpenetration. On comparing with two previous real-time multi contact methods, this multi-contact model has small position error, where the error is determined in reference to the dense mesh system.
The developed methods are used together to simulate the ERCP procedure. Also, both methods can be used not only in ERCP simulation but also for other deformable object simulation.
연구의 목적은 내시경적 역행성 담췌관조영술(ERCP) 시뮬레이션을 위하여 상부 위장관을 모델링 하고자 한다. 내시경적 역행성 담췌관조영술 시뮬레이션을 위하여 많은 요소가 필요하나 본 논문에서는 중심선 기반 상부 위장관 모델을 생성하는 방법과 십이지장의 유두부에서 필요한 다중 접촉 모델에 대하여 연구를 수행하였다.
상부 위장관은 긴 관의 형태로 시뮬레이션상에서 가시화 되는 영역과 내시경과의 충돌 검사에 필요한 부분은 전체에 비해 작은 부분이다. 특정 부분을 파악하기 위해 중심선 기반으로 정렬된 모델을 사용한다. 상부 위장관의 만곡부에서 지표의 왜곡 없이 중심선 기반 모델을 생성하기 위해 격자 구조 (lattice structure)를 이용한다. 생성된 중심선 기반 모델은 기존 모델에 비해 균일한 표면정보와 충돌 검사에서 이점을 가진다.
십이지장의 유두부에서는 카테터와 담석 등과의 상호작용을 위해서 다중 접촉 모델이 필요하다. 다중 점 접촉 시 실제와 유사한 변형을 구현하기 위해 질량-스프링 시스템을 접촉 부위에 생성하고 이를 통해 국소 적인 접촉 부위의 변형을 생성한다. 생성된 국소 변형은 토대로 모델 전체가 변형 된다. 질량-스프링 시스템을 이용한 다중 접촉 모델은 실시간 시뮬레이션에서 사용된 기존의 방법보다 현실적인 변형을 생성하였다.
두 방법을 사용하여 내시경적 담췌관조영술 시뮬레이션에서 십이지장의 유두부를 찾아가는 과정과 유두부에서 상호작용을 효율적으로 구현하였다.
