의학 혁명:3D 프린팅이 의료에 미치는 영향

기술적으로는 적층 가공으로 알려진 3D 프린팅은 사람들이 생각하는 것만큼 새로운 것이 아닙니다. 그 역사는 1980년대로 거슬러 올라가지만 최근에는 항공우주, 자동차, 건축, 교육, 보석 및 예술 분야를 포함한 많은 Xometry 고객에게 인기 있는 제조 방법이 되었습니다. 의학 및 의료 분야에서는 보철물, 의료 장비, 심지어 대체 장기를 만드는데도 인상적으로 사용되었습니다. Xometry가 주문형 장기를 3D 프린팅하지는 않았지만(아직?), 이 분야에는 의료 및 의료 고객과 함께 작업한 다른 응용 프로그램이 많이 있습니다.

이 기사에서는 의료 및 헬스케어 산업의 3D 프린팅에 관해 알아야 할 모든 것을 살펴보겠습니다.

의학과 의료란 무엇인가요?

먼저, 의학과 건강관리의 정확한 의미를 간략하게 살펴보겠습니다. 이는 질병, 질병, 부상 및 기타 신체적, 정신적 질병의 예방, 치료, 완화 및 완치와 관련된 모든 관행과 절차를 가리키는 포괄적인 용어입니다.

"의학"은 실제 약물 처방, 환자 치료, 수술 수행, 정신과 서비스 등 의사와 의료 전문가가 처리해야 하는 측면을 설명하는 데 사용됩니다. '의료'는 의약품뿐만 아니라 약사, 치료사, 심지어 의료 장비를 설계하고 제조하는 사람과 같은 지원 서비스도 포괄하는 더 넓은 용어입니다.

3D 프린팅 기술이 의료 및 의료에 어떻게 도움이 되나요?

의료 분야의 전통적인 제조에는 처음부터 의료 장비를 만들기 위해 많은 수작업이 필요합니다. 이 공정은 최종 제품이 만들어질 때까지 원자재를 가져와 연삭, 조각, 기계 가공을 통해 단면을 제거합니다. 3D 프린팅은 프로세스를 더 쉽게 만들고, 노동 집약도를 훨씬 낮추며, 때로는 더 빠르고 저렴하게 만들었습니다. 

3D 프린팅은 제품을 만들기 위해 재료 슬래브를 형성하는 것이 아니라 필라멘트, 수지 또는 융합 분말을 사용하여 층별로 제품을 만듭니다. 제품의 디자인은 일반적으로 컴퓨터 지원 설계(CAD) 소프트웨어를 사용하여 생성되지만 디지털 공명 영상(MRI) 기계로 수행된 3D 스캔을 통해 모델을 생성하는 것도 가능합니다. 의료 분야에서는 Xometry와 같은 대규모 3D 프린팅 제조업체와 현장 진료 프린팅 시설을 모두 찾을 수 있습니다.

의료 분야 3D 프린팅의 간략한 역사

비록 150년은 되지 않았지만 인간이 3D 프린팅 분야에서 올바른 방향으로 가고 있다는 최초의 신호는 프랑스 예술가인 François Willème이 "사진 조각" 방법을 발명한 1860년대였습니다. 여기에는 다양한 각도에서 물체의 사진을 찍은 다음(당시에는 그림이었을 것입니다) 해당 이미지를 사용하여 3D 표현을 만드는 것이 포함되었습니다. 

100년이 지난 1985년, 척 홀(Chuck Hall)이라는 콜로라도 출신의 미국인이 광조형술(Stereolithography)이라고도 알려진 최초의 고체 이미징 공정을 발명했습니다. 이는 3D 프린터 개발을 향한 첫 걸음이었습니다. 의료 산업은 2000년에 3D 프린팅을 사용하기 시작했으며 1년 후 인간 방광 조직을 위한 최초의 합성 지지대가 3D 프린팅되었습니다. 2008년에는 최초의 3D 프린팅 의족이 제작되었습니다.

그 이후로 의료 및 의료 분야에서 3D 프린팅과 관련하여 많은 발전이 있었습니다. 2009년 혈관이 3D 바이오프린팅(살아있는 세포와 생체재료를 통합하는 과정)되었고, 3D 프린팅된 인간 간 조직이 2014년에 상업적으로 출시되었습니다. 과학자들은 2019년에 심장과 폐낭을 바이오프린팅하기 시작했습니다. 1년 후, 영국 생명공학 회사인 FABRX는 M3DIMAKERTM이라는 맞춤형 의약품 제조 기계를 출시했습니다. 그 이후로 이 분야는 발전하여 3D 프린팅이 의학 및 의료 분야에서 보편화되었습니다.

의료 및 의료 분야에서 3D 프린터가 할 수 있는 일은 무엇입니까?

3D 프린팅은 모든 것이 환자 맞춤형으로 맞춤화될 수 있다는 사실 때문에 의료 및 헬스케어 산업에서 대규모로 채택되었습니다. 여기에는 척추 및 정형외과 임플란트, 보철 사지, 소켓 및 부품, 치아 크라운, 브릿지 및 기타 교정 장치, 약물 제제 및 전달 장치(예:흡입기, 패치 및 임플란트), 보청기 및 실제 환자와 개인의 필요에 따른 상세한 해부학 모델이 포함됩니다.

하지만 그게 다가 아닙니다! 이는 전문적이고 환자별 수술 도구, 절차 가이드, 심지어 안면 재구성에도 일반적으로 사용됩니다. 또한 외과의사의 귀중한 피드백을 활용하여 빠르고 정확한 디자인 조정이 가능합니다. 3D 프린팅된 임플란트는 다양한 재료로 다양한 3D 프린팅 프로세스를 통해 만들어집니다. 두 가지 모두 아래에서 자세히 다루겠습니다. 지금은 이러한 응용 프로그램 중 일부를 더 자세히 살펴보겠습니다. 

임플란트

치과, 척추, 고관절 임플란트를 포함하여 환자를 위한 맞춤형 임플란트를 빠르고 정확하게 설계하고 생산할 수 있게 되면서 의학계가 크게 향상되었습니다. 이러한 맞춤형 부품은 수술 시간, 합병증, 표준 크기의 임플란트를 수동으로 변경해야 하는 필요성, 의사가 수행해야 하는 침습적 뼈 이식 수술 횟수를 줄일 수 있는 능력을 갖추고 있습니다. 이러한 모든 요소는 환자의 회복 속도를 높이고 성공 가능성을 높여줍니다.

보철

3D 프린팅 보철물을 개인화하는 능력은 의심할 여지 없이 의료 분야에서 이 방법이 사용되는 가장 인상적인 방법 중 하나이며, 절단 수술을 받은 사람들에게 완전히 획기적인 변화를 가져온 것으로 입증되었습니다. 팔과 다리를 포함하는 이러한 부품은 환자의 신체와 완벽하게 일치하여 편안함과 기능성을 향상시킵니다. 전통적인 보철물과 그 구성 요소는 가격이 매우 비싸기로 악명 높으며($1,500 ~ $8,000) 광범위하고 다소 침습적인 정기적인 수동 조정이 필요합니다. 주문하고 만드는 데 시간이 오래 걸리는 것은 말할 것도 없습니다.

3D 프린팅 보철물은 종종 비용면에서 더 효과적입니다. 또한 처리 시간이 빠르고(경우에 따라 하루 정도 소요) 완전 맞춤형이기 때문에 조정이 훨씬 덜 필요합니다. 이러한 요소는 보철물이 빠르게 성장하는 어린이에게 특히 유용합니다. 또한 3D 프린팅은 어린이와 성인이 보철물의 다양한 색상, 디자인 및 스타일을 선택할 수 있기 때문에 별로 즐겁지 않은 과정을 어린이와 성인 모두가 좀 더 견딜 수 있게 만드는 데 도움이 됩니다.

해부학적 모형

보철물 외에도 교육, 훈련, 수술 전 계획에 사용할 수 있는 해부학적 복제본을 만들 수 있습니다. 이러한 인쇄물은 환자의 실제 영상 데이터를 바탕으로 설계된 실제 장기를 정확하지는 않더라도 매우 유사하게 모방하여 의사가 큰 행사 전에 수술을 연습할 수 있도록 해줍니다. 복잡한 수술을 시뮬레이션할 수 있으므로 의사와 훈련생은 기술과 자신감을 향상시켜 합병증을 줄이고 성공 가능성을 높일 수 있습니다. Xometry에서는 PolyJet 3D 프린팅 기술을 통해 풀 컬러 프린팅을 제공하므로 사실적인 질감과 색상으로 실물과 같은 복제본을 만들 수 있습니다. PolyJet 서비스 페이지에서 해당 기술에 대해 자세히 알아볼 수 있습니다.

장기 및 조직 인쇄

Xometry가 제공하는 서비스가 아닌 바이오 프린팅은 인간 조직과 유사한 비계를 만드는 데 사용되었으며 3D 프린팅 장기 및 조직 제조의 첫 번째 단계였습니다. 간이나 신장과 같은 3D 프린팅 장기는 아직 완전히 주류는 아니지만 많은 진전이 이루어지고 있습니다. 연구자들은 가능한 한 빨리 이를 구현하기 위해 새로운 기술과 접근 방식을 지속적으로 연구하고 있습니다. 기계로 만든 이 장기는 아픈 사람들이 긴 대기자 명단에 오르거나 단지 최선을 다할 필요가 없기 때문에 수백만 명의 생명을 구할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.

기타 애플리케이션

정확성과 맞춤화를 높이기 위해 각 환자에게 특별히 맞춤화된 의료 장치와 도구를 의료 분야에서 3D 프린팅할 수 있습니다. 이 방법은 맞춤형 약물 복용량 및 처방에도 사용되고 있습니다. 이렇게 하면 불쾌한 부작용이 발생할 가능성이 줄어듭니다. 일례로 미국 식품의약국(FDA)은 3D 프린팅을 통해 제작된 간질 치료제인 스피탐(Spritam)을 승인했습니다. 이 과정을 통해 이 약은 개선되었으며 다른 약보다 용해가 더 쉬워졌습니다.