케어와 계획, 처치에서 환자 중심을 추구하는 방편으로 3D 프린팅을 교육 효율성 증진, 수술 전 준비 최적화, 개인 맞춤형 수술 기구 및 가이드 제작용 도구로 활용하는 의료진과 병원이 점점 늘어나고 있습니다. 싱가폴의 탄톡셍 병원(TTSH)에서는 3D 프린팅에 사용할 수 있는 레진의 폭이 광범위해지면서 실제 팔다리와 유사한 인공 사지를 더욱 손쉽게 제작할 수 있게 되었습니다.
탄톡셍 병원의 의료 3D 프린팅 센터에서 일어난 환자 케어의 변화
병원에서 빈번하게 발생하는 응급 수술에는 즉각적으로 대응해야 하므로 해부학 모형과 수술 가이드를 서드 파트 공급자에게 의존하는 것이 실용적이지 않은 경우가 종종 있고, 특히 대형 의료 기관에서는 더욱 그렇습니다. 병원 환경의 요구 사항이 이렇다 보니 TTSH는 제 때에 환자에게 제공할 정확한 솔루션을 확보하기 위해 인하우스 3D 프린팅 연구실을 설립하게 되었습니다.
“과거에는 3D 프린트물 제작이나 3D 모델링 작업을 하려면 외주 업자를 찾아야 했습니다. 업체를 찾는 것은 쉽지 않죠. 그리고 임상의들은 이미 일정이 바쁜 사람들이라 상황이 더 어려워졌습니다.”
마이클 얌(Michael Yam) 박사, TTSH 의료 3D 프린팅 센터 정형외과 의사이자 임상 책임자
센터는 병원과 각 부서, 환자를 대상으로 임상 연구 기관으로서 운영되는 곳입니다. 공식적으로는 2022년 11월에 출범했지만 그 운영은 2020년부터 시작되었습니다. 센터에서는 의료용 스캔 데이터로 환자의 장기 기관을 모델링하여 3D 프린팅하는데 이런 프린트물을 이용하면 질환의 상태와 필요한 처치를 더욱 명확하게 설명할 수 있습니다. 외과의는 수술 보조 도구로 사용할 지그나 맞춤형 기구를 프린트하거나 복잡한 수술을 연습할 모형을 제작하기 위해 센터를 이용하기도 합니다.
센터는 Formlabs의 Form 3B+와 Form 3BL 3D 프린터 뿐만 아니라 다양한 생체적합성 소재도 적절히 갖추고 있습니다.
“Formlabs의 3D 프린터는 생체적합성 레진을 프린팅하기에 좋은데, 이런 점이 외과적 처치에 아주 유용합니다. 생체적합성 소재를 프린팅할 수 있어 저희 수술의 정확성과 정밀도가 개선되었거든요. 덕분에 업무가 편안해졌습니다. 환자의 수술이 잡히면 바로 스캔을 해야하는데 인하우스 설비 덕분에 이런 과정을 처리하고, 그것도 빨리 할 수 있을 것이라는 확신을 얻을 수 있으니까요.”
마이클 얌(Michael Yam) 박사, TTSH 의료 3D 프린팅 센터 정형외과 의사이자 임상 책임자
병의료원 내부에서 진행하는 3D 프린팅
본 보고서에서는 3D 프린팅의 임상적 효과와 경제적 효과 뿐만 아니라 3D 프린팅 기술이 의료 서비스 공급 기관의 환경 전반에 걸쳐 확대됨에 따라 직면하게 된 과제와 기회를 살펴봅니다.
도전 과제
2022년 피부암과 사투를 벌이던 73세 J. F. 리안(Lian) 씨는 코에서 외부로 돌출된 부분을 거의 모두 제거했습니다. 리안씨는 얼굴 가운데 구멍이 난 채로 사는 것을 받아들였다고 전합니다. 그래서 TTSH로부터 원래 자신의 코와 사실상 똑같은 코를 이식받을 기회를 제안 받았을 때 상당히 놀랐다고 합니다. 리안 씨의 3D 프린팅 인공 코는 센터의 시범 프로젝트였습니다.
피부암을 극복한 J. F. 리안 씨, 3D 프린팅 안면 모형과 인공 코
솔루션
어떤 동료가 얌 박사에게 센터에서 리안 씨의 인공 코를 디자인해서 3D 프린팅해 볼 것을 제안했습니다. 얌 박사는 “저는 3D 프린팅이 얼마나 유용할 수 있을지 알고 있습니다. 그리고 늘 그 경계를 넓히려고 하죠.”라며 소감을 전합니다. 이렇게 2022년 11월, TTSH는 리안 씨의 얼굴 스캔 데이터를 기반으로 인공 코를 맞춤 디자인하고 레진으로 3D 프린팅했습니다.
첫 단계는 수술 전에 리안 씨의 얼굴을 CT 스캔한 데이터로 3D 프린트 파일을 생성하는 것이었습니다. 3D 프린팅 엔지니어가 깔끔하게 다듬은 이미지를 “슬라이싱”하면 프린터가 읽을 수 있는 파일이 됩니다. 서지컬 가이드 레진을 Formlabs의 Form 3B+ 3D 프린터에서 프린팅하여 인공 코를 제작하는 데는 한 시간 가량 걸렸습니다. 다음으로는 3D 프린트물을 이소프로필 알코올에 담가 잔여 레진을 제거했습니다. 3D 모형은 경화 장비 안에 넣어 UV 광으로 경화했습니다. 마지막으로 잘라낸 코를 사포로 다음은 후 광택을 내, 도색 준비를 했습니다.
3D 프린팅은 다양한 의료적 문제에 해결책이 될 수 있다는 점을 익히 알고 있는 얌 박사는 “더 많은 환자가 3D 프린팅 기술에 접근할 수 있도록 확대하고 싶습니다.”라며 포부를 전합니다.
마이클 얌 박사 팀은 다양한 소재에 도색을 실험했습니다.
피부 톤과 일치하는 결과를 얻기까지 시도와 시행 착오를 여러 차례 거쳐야 했습니다.
리안 씨에게 장착한 3D 프린팅 인공 코의 형태, 피팅, 기능 테스트
병원과 환자 특이적 시술용 3D 프린팅 장치
본 보고서에서는 최근 시작된 경제적인 인하우스 프린팅의 도입이 병원과 장치 제조 업체에 미치는 다섯 가지 영향을 살펴봅니다.
결과
리안 씨의 안면 CT 스캔 데이터로 제작 중인 3D 프린팅 인공 코, 처리 및 프린팅. 초기 피팅 시 무게가 줄고 안면에 변화가 생겨서 문제가 발생한 후 새로 스캔했습니다. 현실감 있는 색상으로 도색하는 것이 어려웠던 얍 박사 팀은 싱가폴 인스티튜트 오브 테크니컬 에듀케이션(ITE)의 화장품 전문가인 고 선생, 호 여사와 협업하게 되었습니다. 두 분은 무대 메이크업에 특화된 경험의 소유자였지만 레진 인공 코를 스킨 톤으로 도색하는 데는 실험을 꽤 많이 거쳐야 했습니다. 태양광 노출과 피팅에 대한 우려가 끊이지 않았지만 미세한 디테일을 살려 도색하고 마감 코팅도 했습니다. 결과적으로 투명 테이프와 안경을 전략적으로 사용하자 인공 코를 편안하게 고정할 수 있었습니다.
TTSH 3D 프린팅 팀 책임자 마이클 얌 박사, 2019년 수술을 보조하기 위해 최초로 3D 프린팅을 사용했습니다.
정확한 결과를 얻을 수 있는 수술용 가이드
얌 박사는 수술용 가이드 외에도 Formlabs 3D 기술의 다양한 응용 분야를 병원에서 공유하기도 했습니다. 수없이 많은 수술에서 3D 프린팅 수술 가이드를 활용하여 더 우수한 결과와 정확도를 얻을 수 있었으며 시간도 절약했습니다.
수술 가이드를 사용한 최근 사례를 설명하던 얌 박사는 “교통 사고를 당한 60대 환자가 병원을 방문했습니다. 대퇴골에 생긴 결함이 특이한 모야이라 뼈 이식이 필요했죠. 우리는 CT 스캔으로 뼈를 검사했습니다. 스캔 데이터로 맞춤형 지그를 설계해서 결함이 생긴 부위에 끼워 맞추려고 했죠. 지그는 Formlabs 장비로 3D 프린팅한 뒤, 후처리를 거쳐 수술용으로 사용하기 위해 멸균 과정도 거쳤습니다. 3D 프린팅 센터에서 설계한 수술 가이드 덕분에 이식재를 결함 부위에 딱 맞아 떨어지도록 정밀하게 절단할 수 있었습니다. 공정이 이렇게 간단하다보니 뼈 성형에서도 수술에서도 시간을 절약할 수 있었습니다. 덕분에 마취 시간도 단축해서 감염률 축소할 가능성도 생겼습니다."
TTSH의 환자 맞춤형 수술 가이드와 3D 모형 예시, 수많은 수술에서 괄목할 만한 정확도와 효율성 달성
수술 전 계획 수립과 환자 동의에 도움이 되는 해부학 모형을 3D 프린팅하는 방법
백서에서 의사와 테크니션이 환자 스캔 데이터로 3D 프린팅 해부학 모형을 제작한 실제 과정을 살펴보고 CT/MRI 준비, 데이터 세트 분할, 3D 프린팅 가능 형식으로의 파일 변환에 관한 모범 사례를 검토해 보세요.
향후 3D 프린팅 프로젝트
TTSH는 현재 이식 가능한 프린팅, 예를 들어 임플란트 프린팅에 대응하는 프로젝트를 진행하는 중입니다. 이토록 획기적인 시도에 사용할 목적으로 탐색하는 소재는 어떤 것들인지 얌 박사에게 물었습니다. 박사는 "티타늄과 스테인리스 스틸 같은 전통적인 소재를 사용하려고 계획하고 있고 PEEK와 실리콘 레진 프린팅도 탐색해 보고 있습니다. 특히 인공 사지에는 실리콘 사용을 고려하고 있다"고 합니다.
병원에서는 교육 목적으로 증강 현실과 3D 프린팅을 접목하는 프로젝트도 진행하고 있습니다. 얌 박사는 “닥치는 대로 모든 것을 프린팅하는 데는 실효성이 없습니다. 바로 이런 점이 증강 현실이 도움이 되는 지점이죠. 교육의 효율성을 향상할 수 있고 관련 인력이 자신감을 얻을 수 있습니다.”라고 덧붙였습니다.
이식재와 교육용 교재 외에도 TTSH는 인공 사지와 수술 가이드를 더 프린팅하는 데 집중하고 있습니다. 이런 다양한 시도들은 환자 개인의 필요에 완벽하게 맞아 떨어지도록 고도로 맞춤화된 인공 사진와 장치를 생산하는 데 그 목적이 있습니다. 더욱이 3D 프린팅으로 제작된 수술 가이드는 복잡한 수술에서 정밀한 템플릿으로 이용할 수 있고 결과적으로 정확도도, 결과도 모두 더 우수합니다. 3D 프린팅 분야를 끊임없이 혁신해 온 TTSH는 개인 맞춤형 의료의 경계를 확장하고 환자가 받는 치료를 개선하고자 희망합니다.
당사의 의료 전문가에게 문의하여 인하우스 3D 프린팅에 관해 알아보시거나 무료 샘플 파트를 요청하여 Formlabs의 BioMed 계열 레진을 직접 평가해 보세요.
