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휴먼 디지털 트윈: 인체 연구에 대한 효과적 대체

◈ 목차

1. 휴먼 디지털 트윈의 정의 및 구성요소

2. 국내외 휴먼 디지털 트윈 구현 사례

3. 휴먼 디지털 트윈 기술 동향

  • 휴먼 디지털 트윈에서의 시뮬레이션 기술 현황

  • 휴먼 디지털 트윈 실현을 위한 시각 인공지능 기술 동향

4. 휴먼 디지털 트윈 실현을 위한 KISTI의 노력

5. 휴먼 디지털 트윈의 향후 발전 방향

◈본문

1. 휴먼 디지털 트윈의 정의 및 구성요소

• ○휴먼 디지털 트윈의 정의

• ╶︎(디지털 트윈) 컴퓨터에 현실 속 객체의 쌍둥이 객체를 만들고, 현실에서 발생 가능한 상황을 컴퓨터로 시뮬 레이션하여 결과를 예측하는 기술(출처: Wikipedia)

• ●실제 물리적인 객체 대신 소프트웨어로 가상화한 디지털 트윈을 만들어 모의 실험(시뮬레이션)함으로써 실제 객체의 특성(현재 상태, 생산성, 동작 시나리오 등)에 정확한 정보를 수집할 수 있게 함

<표 1> 주요 기관의 디지털 트윈에 대한 정의

• ╶︎(휴먼 디지털 트윈) 컴퓨터 가상공간에서 인체를 대신하는 모델로 사람이 직접 실험대에 오를 수 없는 위험하거나, 미리 사전 예측이 필요한 상황을 재현함으로써 실제 인체를 대신하여 결과를 예측하는 데 사용되는 모델을 의미

• ●인체와 관련한 분야에서 실제 사람 대신 가상의 모델을 활용함으로써 인체에 대한 진단, 예측, 실습, 평가 분야에 있어 안전하고, 저비용의 효과적 대체재로써 활용

• ●의학적 관점에서는 인체를 대신하여 의료적 진단, 예측, 실습 등에서 활용하기 위함

• ●수술 시뮬레이션 및 의료진 실습을 위한 3D 모형이나 사람의 장기와 유사한 모형 제작 등을 통해 정밀 의료 를 실현할 수 있게 함

• ╶︎(기술 필요성) 환자 맞춤형 정밀 의료(Precision Medicine)를 위한 인체의 디지털 트윈 필요성의 대두

• ●정밀 의료 실현을 위해 의료진의 실습 필요성의 증대 및 치료 결과의 사전 예측 필요성이 갈수록 증가

• ●환자 진료 및 치료법에 대한 효율성과 정확도를 높여 의료 서비스의 질적 향상

• ●헬스케어 분야의 디지털 전환을 위한 핵심 기술로서 휴먼 디지털 트윈 기술의 대두

• ○휴먼 디지털 트윈의 3가지 구성요소

• ╶︎(3가지 요소) 휴먼 디지털 트윈의 실현을 위해서는 3가지 기술 요소가 필요

• ●형태(Shape): 인체를 구성하는 골격, 장기와 같은 각 구성요소의 형태적인 정보로 골격계, 근육계, 혈관계, 신경계, 소화기계통 등 다양한 계통별 구성 요소들에 대한 형태적인 정보를 필요로 함

※ 최근 영상의학 기술 및 자동 구획화 등 시각 인공지능 기술의 발달로 CT 또는 MR 스캔으로부터 다양한 이미지 처리를 통해 여러 내부 기관들의 형태 정보를 확보하고, 이를 3D로 재구성함으로써 인체를 구성하는 다양한 장기들에 대한 형태를 확보하는 것이 가능하게 되었음

<그림 1> 휴먼 디지털 트윈의 구성요소

• ●속성(Property): 인체를 구성하는 각 구성요소에 대한 속성 정보로 계통별 구성 요소들에 대해 물성 등을 포 함한 다양한 속성들이 존재

※ 인체는 다양한 계통별 구성요소로 구성되며, 실제로 살아 움직이는 기관들의 집합체로서 다양한 속성 정보를 가지고 있음. 이러한 속성 정보로는 뼈의 밀도 및 강도 등의 물성 정보를 포함하여 관절의 움직임 각도, 혈류량 및 혈류속도 등의 역학 정보 등 이 있음

• ■모사(Simulation): 형태와 속성 정보를 이용하여 인체에 대한 디지털 표준 모형을 컴퓨터상에 생성하고, 실제 실행하기 어려운 실세계의 상황이나 과정들을 인체 역학 등을 통해 유효성(Validity) 있게 재현함으로써 인체의 상태 및 동작, 질병 등에 정확한 예측치를 얻는 과정

• ╶︎(조건 또는 상황 정보) 휴먼 디지털 트윈이 높은 정확성으로 유효성을 얻기 위해서는 높은 정밀도의 형태와 속성 정보뿐만 아니라, 실세계의 상황을 재현하기 위한 문제에 따른 다양한 환경 정보를 추가로 필요로 함

...................(계속)

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