우리 병원의 3D 프린팅 활용
서울아산병원 융합의학과 MI2RL 연구실에서 3D 프린팅, 증강현실 등을 이용한 수술 가이드,
교육용 시뮬레이터
서울아산병원 융합의학과 의료영상지능실현 연구실(김남국 교수)은 3D 프린팅, 증강현실, 수술로봇 등을 활용하여 맞춤형 의료기기의 보편화를 위한 연구를 지속적으로 수행하고 있다. 3D 프린터는 기술적 관점에서 대량 생산보다는 다품종 소량 생산에 더 적합하며, 이는 환자 맞춤형 의료기기 개발에 적합하다. 또한, 증강현실을 활용한 디지털 트윈을 이용한 수술 시뮬레이션 연구도 크게 증가하고 있다. 특히, 인공지능을 이용하여 환자의 의료 영상에서 자동으로 환자 맞춤형 의료기기를 모델링하고, 이를 다양한 방법으로 실제 임상 현장에서 치료용 수술 가이드, 시뮬레이터 등을 적용하기 위하여 노력하고 있다.
가장 먼저 소개드릴 연구는 서울아산병원 영상의학과 양동현 교수와 함께 진행한 환자맞춤형 3차원 모형을 이용한 심장기형질환 수술 시뮬레이터 제작이다. 심장 영상 기술의 발달로 심혈관 수술을 계획할 때 의료 영상을 바탕으로 얻은 중요한 구조의 형태학적 변화를 직관적으로 볼 수 있게 되었다. 하지만 더 직관적인 3D 프린팅을 도입하여 시각적 정보뿐만 아니라 공간적 정보 제공이 가능해져 수술을 세부적으로 계획하고 예상치 못한 합병증을 예방하는데 도움을 주었다. 3D 프린팅 출력물 또한 실제 심내벽과 물리적 특성이 비슷한 재료를 사용하여 경험이 부족한 의사들에게 복잡한 수술 절차에 대하여 교육해보고 시뮬레이션을 진행할 수 있도록 하였다.
그림. 3D 프린팅을 이용한 환자 맞춤형 수술 시뮬레이터
서울아산병원 유방 외과 고범석 교수와 유방부분절제술에서 환자 맞춤형 3D 프린팅 유방암 수술 가이드에 대한 연구도 꾸준히 이루어지고 있다. 신보강화학요법으로 인하여 국소 진행성 유방암 환자의 종양 단계를 낮춤에 따라 유방 보존 수술의 비율이 높아지고 있다. 이로 인하여 유방 종양을 정확하게 제거하는 것이 매우 중요해졌다. 이를 해결하기 위하여 환자 맞춤형 3D 프린팅 유방암 수술 가이드를 개발하여 유방암의 위치를 정확하게 표시하여 염료를 주입한 후 종양 제거 수술을 진행하여 정확한 수술이 가능해졌다. 최근에는 3D 프린팅의 한정된 재료, 멸균, 생산 시간, 비용의 한계점을 극복하기 위하여 AR을 활용하여 시간 및 비용 효율적인 실시간 시각화 AR 가이드에 관한 연구도 진행되고 있다.
그림. 3DP, AR 기술을 이용한 유방부분절제술 가이드
서울아산병원 정형외과 고경환 교수와 환자 맞춤형 의료용 가이드를 이용한 인공어깨관절 치환술에 관한 연구도 진행되었다. 회전근개 봉합 수술은 앵커를 사용하여 수행되는 골횡강 복구 수술이다. 의료용 가이드를 이용한 인공어깨관절 치환술 연구를 통하여 골다공증성 뼈와 비골다공증성 뼈 시뮬레이터에서 기존 나사식 봉합 앵커와 전체 봉합 앵커의 생체 역학적 특성을 평가하고 비교하였다. 의료 영상을 통하여 상완골을 분할한 이후에 외벽 두께와 내부 채움을 다르게 설정하여 2가지의 시뮬레이터를 제작한 이후 2가지의 앵커를 각각의 시뮬레이터에 삽입하여 주기적 하중을 평가하였다.
그림. 환자 맞춤형 인공어깨관절 치환술
마지막으로 서울아산병원 안과 사호석 교수와 안와골절시 이식되는 임플란트 제작을 위한 환자 맞춤형 가이드 제작에 관한 연구가 진행되었다. 안와에 대한 외부 외상의 경우 안와 골절 또는 파열을 유발할 수 있어 안와 재건 및 임플란트 삽입 수술이 필요한 경우가 많다. 하지만 보형물의 위치와 모양이 실제 뼈와 불일치하는 경우가 많으며 이는 합병증으로 이어질 수 있다. 이를 해결하기 위하여 의료 영상을 기반으로 3D 프린팅을 기반으로 임플란트 가이드를 개발하였다.
그림. 안와벽 재건을 위한 임플란트 가이드
