This dissertation proposes workflow based architecture of surgical training simulator. The unit surgical operation (USO) concept is introduced, and it is defined as the smallest authoring unit to compose a surgical training scenario. The scenario definition tool is also developed and introduced in this thesis. This authoring tool allows the facile simulator construction by simply designing surgical training scenarios. The workflow based architecture is four-layered structured that enables the scenario developers to edit the surgical training scenario with the lego-like predefined building blocks. Therefore, the gradual based training curriculum can be delivered to the trainees.
Secondly, one of the most popular state-based modeling method, state graph, has researched to
model the surgical training simulator objects’ general behaviors. The parameterized state graph is formally defined and a practical example of general jo shop in illustrated in this thesis.
Finally, the developed workflow based surgical training simulator is also delivered in this thesis. In the surgical training simulator, twenty four USO blocks are defined and the nine surgical training scenarios are modeled, and finally implemented as the simulators. A gradual training curriculum is also developed within the training simulator, ten trainees have taken the training session.
본 논문에서는 워크플로우 기반의 수술 훈련 시뮬레이터 아키텍처를 제안하였다. 수술 훈련 시뮬레이터는 가상환경 및 컴퓨터 그래픽스 분야에서 주로 적용되고 있다. 실제 수술 상황에서 일어날 수 있는 다양한 상황에 대한 훈련을 위하여 다양한 시나리오가 필요하다. 그러나 은 다양하고 이에 따라 다양한 시나리오를 확보하는 것이 어렵기 때문에 실제 적용할 때 한계가 있었다. 본 연구에서는 워크플로우 시스템을 이용하여 시나리오를 빠르고 쉽게 저작 및 편집할 수 있는 방법을 제안하였다.
본 논문에서 제안하는 워크플로우 기반의 아키텍처는 시나리오와 가상환경을 분리하였기 때문에 시나리오를 수술 시뮬레이터 안에서 하드 코딩하지 않고 편집할 수 있다. 본 연구에서 개발한 시나리오 편집도구는 수술 훈련 시나리오를 노드와 화살표로 구성되어 있는 그래프의 형태로 정의할 수 있다. 이러한 방법론을 사용함으로써 간단한 훈련 시나리오로부터 점진적으로 복잡해지는 훈련을 쉽고 빠르게 수술 시뮬레이터의 형태로 제공할 수 있다.
나아가, 본 수술 시뮬레이터와 같은 기능성 게임 (Serious game)의 주요 모델링 도구로 쓰이는 스테이트 기반의 확장된 형태인 파라미터라이즈드 스테이트 그래프의 이론적 표현방법도 함께 제안하였다. 본 방법로는 기존에 표현이 불가능하였던 작업에따라 기능적으로 나누어진 부문에 대한 표현을 가능하게 하는 설명력을 가질 수 있음을 보였다. 나아가 수술 훈련 시뮬레이터의 주요 요소인 단위 수술 동작(Unit Surgical Operation)과 체크 모니터 오브젝트 (Check Monitor Object), 그리고 가상의 장기 오브젝트(Virtual Organ Object)를 파라미터라이즈드 모델로 표현하였다.
본 연구에서는 시나리오를 변경하는 authoring tool을 제공함으로써 시나리오 변경을 용이하게 하였고 이와 함계 돌아가는 시뮬레이터를 작성하는 방법론에 대하여 논하였다. 추후에는 본 프레임워크를 이용하여 로봇 수술의 수술시나리오를 계획(planning)하는 데에도 적용할 수 있을 것으로 기대된다.
