디지털 제조가 현대 의학의 해부학적 모델링을 혁신하다

디지털 제조는 알루미늄 시험관 홀더 가공 같은 작은 것부터 티타늄 임플란트 3D 프린팅 같은 미래적 관행까지 의학의 많은 영역에 큰 영향을 미치고 있습니다.

디지털 제조의 많은 의료 애플리케이션 중 특히 비약적으로 발전하는 한 분야는 해부학적 모델 제작입니다. 장기, 뼈, 기타 신체 부위의 물리적 복제품으로 의료 전문가들이 의사를 훈련하거나 환자 수술을 준비하는 데 사용할 수 있습니다.

이러한 해부학적 모델은 다양한 제조 기술과 소재로 만들 수 있으며, 그 활용은 전 세계적으로 증가하고 있습니다.

왜 해부학적 모델을 만드는가?

3D 모델링 소프트웨어와 3D 프린터 같은 디지털 제조 기술로 이제 생생한 해부학적 모델을 교육, 훈련, 수술 목적으로 빠르고 저렴하게 만들 수 있습니다.

이 모델들은 일반적이어서 강의나 수업에서 건강하거나 영향을 받은 신체 부위를 설명하는 데 쓰일 수 있고, 환자 맞춤형으로 의료 영상 데이터를 사용해 개별 환자의 신체 부위를 물리적으로 복제할 수도 있습니다.

환자 맞춤형 해부학적 모델은 디지털 제조 기술의 가장 흥미로운 애플리케이션 중 하나입니다. 외과의사가 수술해야 할 손상되거나 병든 장기의 생생한 복제품을 보고 만질 수 있게 해주기 때문입니다. 때로는 실제 수술 훨씬 전에 말이죠.

물리적 축소 모델을 직접 다뤄봄으로써 외과의사는 수술에 훨씬 더 잘 대비할 수 있습니다. 실제 수술을 하기 전에 플라스틱 복제품에서 다양한 절개나 동작을 시도해 볼 수 있습니다. 이 추가적인 실습 준비 수준은 환자의 긍정적 결과 가능성을 높여줍니다.

의료 영상을 3D 모델로 변환

환자 맞춤형 의료 모델을 만드는 과정의 큰 부분은 환자 몸에서 데이터를 얻는 것입니다. 이를 위해 병원에서 환자를 검진하고 다양한 문제를 확인하는 데 사용하는 CT 또는 MRI 스캐너가 필요합니다.

이 스캐너들은 X선이나 강한 자기장을 사용해 환자의 뇌, 폐 또는 기타 신체 부위의 그림을 얻습니다.

불행히도 의료 영상 장치는 3D 이미지를 캡처하도록 설계되지 않았습니다. 대신 의사들이 환자 몸을 분석할 수 있게 하는 일련의 2D 슬라이스를 생성합니다.

하지만 이 2D 슬라이스들은 전체적으로 볼 때 3D 형상으로 꽤 쉽게 변환될 수 있습니다. 의료 전문가들이 DICOM(Digital Imaging and Communications in Medicine) 형식으로 흔히 저장되는 2D 이미지 세트를 얻으면 소프트웨어를 사용해 데이터를 디지털 3D 모델로 변환할 수 있습니다.

화면상의 이 모델은 변경, 크기 조정, 심지어 색칠도 가능하며, 관련 방식으로 처리된 후 3D 프린터나 기타 기계로 보낼 수 있습니다.

해부학적 모델의 디지털 제조

환자 맞춤형과 일반 해부학적 모델 모두를 만드는 최고의 새로운 방법 중 하나는 적층 제조, 즉 3D 프린팅입니다.

FDM(Fused Deposition Modeling) 또는 SLA(Stereolithography) 3D 프린터를 사용해 의료 전문가들은 CT 또는 MRI 스캔에서 변환된 디지털 정보로 모델을 신속하게 제작할 수 있습니다. 3D 프린터를 실험실이나 사무실에 둘 수 있으므로 전체 빌드 공정을 매우 짧은 시간에 수행할 수 있습니다.

FDM이 가장 일반적이고 저렴한 3D 프린팅 기술이지만, 의료 분야 많은 이들은 해부학적 모델에 SLA를 선호합니다. 광 기반 기술은 반투명 및 반투명 레진과 호환되며, 이러한 소재로 3D 프린팅하면 내부 섹션이 있는 복잡한 장기를 표현하는 데 유용합니다(고유한 색상으로 장식 가능).

교육용이 아닌 수술용 같은 더 일반적인 용도의 해부학적 모델에는 다른 기술들도 적층 제조만큼 유용할 수 있습니다.

예를 들어 사출 성형은 단일 모델의 여러 복제품을 제작하는 비용 효율적인 방법이 될 수 있으며, 이는 병원이나 교육 기관의 여러 사용자가 사용할 수 있습니다.

해부학적 모델의 실제 이점

해부학적 모델의 디지털 제조는 일시적 트렌드 이상입니다. 사실 전 세계적으로 이미 수많은 생명이 복제 플라스틱 신체 부품 덕분에 구해졌습니다.

올해 초 런던 가이스 앤 세인트 토마스 병원(Guy's and St Thomas')의 외과의사들은 다중 소재 3D 프린팅을 사용해 2세 아동의 복잡한 신장 이식을 준비했습니다.

"환자 해부학의 3D 모델을 다양한 텍스처로 프린트할 수 있고, 혈관의 복잡성이 그 안에서 명확히 보이게 함으로써 구조 간 중요한 해부학적 관계를 구별할 수 있게 해줍니다," 병원 이식 등록 전문의 판카즈 찬닥(Pankaj Chandak)이 말했습니다. "유연한 소재는 복부 내 장기의 유연성을 더 잘 모방해 수술 환경 시뮬레이션을 가능하게 했습니다."

그 절차 전 중국 지린 인민병원(People's Hospital of Jilin) 의사들은 총폐정맥이상배출(Total Pulmonary Venous Anomalous Drainage)이라는 심장 결함을 가진 아기 치료에 3D 프린팅 모델을 활용했습니다.

"모델 덕분에 정확히 어디를 어떻게 잘라야 하고 절개 크기가 얼마나 되어야 할지 알 수 있었습니다," 장 쉬에친(Zhang Xueqin) 박사가 설명했습니다. "이토록 철저한 계획 덕분에 예상 시간의 절반만 들여 수술을 완료할 수 있었습니다."

더 많은 의료 전문가들이 정확한 해부학적 모델을 만들기 위해 디지털 제조를 채택함에 따라 의사들은 더 많은 정보를 얻고 환자 생명을 구할 더 나은 장비를 갖추게 되고 있습니다.

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