[3D 프린터 활용사례] Jacobs Institute: Neurosurgical 적용에 대한 현재와 미래의 관점 ..

안녕하세요.3D 프린팅 토탈 솔루션 전문기업 (주)프로토텍입니다.​​오늘은 Stratasys J750 DAP (Digital Anatomy 3D Printer)를 잘 활용하고 있는 의료 업체 Jacobs Institute 사례를 소개드립니다.Jacobs Institute는 혈관 의학에서 기기 개발을 가속화하는 데 초점을 맞춘 의료 혁신 센터입니다.​

Neurosurgical 적용에 대한 현재와 미래의 관점​

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Randazzo et al은 2016년 신경외과와 관련된 3대 분야에서 3D 프린팅과 관련된 36개의 논문을 찾아보았습니다. 여기에는 아래 3가지 영역이 포함됩니다.1. 수술 계획, 훈련 및 교육을 위한 환자별 해부학적 모델 작성2. 신경외과 질환의 평가와 치료를 위한 신경외과 장치의 설계3. 생체조직공학 임플란트 개발​뇌혈관 응용 관련 연구군 내에서 3D 모델이 필요한 이유로 3가지를 검토했고, 이는 영상 검토나 투시 진단을 2D 화면으로 보는 것과 심지어는 3D 시각화에도 불구하고 깊이와 관련된 부분은 해석이 어렵다고 주장했습니다. 따라서 환자 스캐닝을 통해 얻은 복잡한 혈관 조직을 3D 프린터를 이용하면 정확하게 프린팅 가능하다는 연구결과가 9건이나 나왔습니다. 동맥휴 및 소아 동맥 기형 (AVM) 치료에 대한 수술 계획을 개선하기 위한 해부학적으로 정확한 모델 사용에 대해 보고된 연구는 2가지 였습니다.​AVM과 같은 복잡한 신경혈관 치료에는 세심한 계획이 필요한데 보스턴 소아병원의 Weinstein을 비롯한 동료들은 3D 다중 평면 이미징이 가능함에도 불구하고 AVM과 같은 복잡한 뇌혈관에 대한 3D 해부학을 이해하는 것은 어렵기 때문에 여러 영상을 확인해봐야 한다고 지적했습니다. ​이 때 AVM 연구에서는 여러 색상과 소재를 동시에 결합한 PolyJet 기술을 적용해 모든 관점에서의 해부학적 구조를 즉각적으로 시각화할 수 있도록 했습니다. 또한 사용자가 실제와 같은 촉각적 피드백을 위해 실제 수술 기구를 사용하여 복수의 경로를 통한 조작적 접근법을 연습할 수 있도록 했습니다.​

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수술 전 시뮬레이션에 3D 프린팅된 환자 특정 모델을 사용한 후 수술 시간의 12% 또는 30분 단축한 사례가 있었습니다. 멀티콜러와 PolyJet 기술의 사용으로 복잡한 부분을 시각화하여 니두스(nidus), 급수동맥이나 배수정맥과 같은 정상 혈관, 주변 혈관 및 구조물과의 공간 관계 등을 구분할 수 있었습니다.​최근 연구는 3D 프린팅 모델이 궁극적으로 환자 치료와 결과를 향상시킬 수 있는 변화인 의학 교육과 수술 계획에 있어 패러다임의 변화를 나타낸다는 것을 시사합니다.

의료 영상으로부터 얻은 정보와 인체의 실제 조직이나 장기 사이에 큰 차이가 있으며, 화면에 3D 영상을 사용하는 장치의 동작을 예측하기 어렵다고 관찰하여 전통적인 사전 수술 계획의 단점을 확인하였습니다. 일반적인 평면 3D 영상은 투시 기법으로 만들어진 2D 영상일 뿐이어서 정적인 상태에서는 입체감을 주지 못한다는 지적이 있었습니다. 모니터 상의 이미지가 3D라는 인식은 이미지 이동, 메모리, 지식, 경험 등의 사실에 의해 야기된 시차를 바탕으로 시청자의 뇌에서 이미지 처리로 생성된다는 설명이었는데 그들은 3D 프린팅된 모델이 혈관 가지뿐만 아니라 동맥류 및 모혈관 기하학적 구조를 완벽하게 포착할 수 있다는 것을 발견했습니다다. ​Dong과 그의 동료들은 3D 프린팅 모델의 장점으로 종양 제거술에서 종양 제거 정도가 확인되는 점과 잔여 니두스의 위치, 동맥, 정맥의 배출과의 관계, 그리고 수술 중 실시간 모니터링을 제공할 수 있다고 했습니다. 또한 병변 및 주변 구조물의 위치 관계와 이 모든 것이 치료 효과를 향상시키고 수술 합병증을 감소시킬 수 있다고 했습니다.​

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비영리 의료기기 혁신센터인 제이콥스연구소(JI), 혈관병원인 게이츠 혈관연구소(GVI), 버팔로 의과대학과 공학대학(Universalo’s School of Medicine and Engineering of Buffalo’s School)은 환자 영상 연구와 연계해 환자맞춤형 3D 프린팅 혈관 유동 모델을 활용해 복합 신경내과 관련한 계획을 세우고 있습니다.​​수술 전 계획JI의 최고 의료 책임자인 Adnan Siddiqui 박사는 도전적인 동맥류를 가진 세 명의 환자를 위한 치료 계획 과정의 일환으로 환자 고유의 3D 프린팅 혈관 모델을 사용해 왔습니다. 그의 첫 환자는 47세의 여성으로 두통과 시력 감퇴를 보였습니다. 이미징(imaging)은 이 여성이 중뇌동맥에 복잡한 동맥류를 가지고 있다는 것을 밝혀냈습니다. 이 동맥류는 시디퀴 박사가 금속 바구니를 닮은 분자내 장치로 치료될 수 있다고 생각했습니다. 그는 환자의 혈관을 유연한 TangoPlus™로 프린팅한 PolyJet 모델을 가지고 이 장치가 작동하는지 확인하였습니다. 시뮬레이션 cath lab에서 투시 진단 하에 3D 프린팅 모델의 장치를 배치하는 동안, 시드디퀴 박사는 이러한 유형의 동맥류에는 이상적이지 않으며 잠재적인 합병증을 일으킬 수 있다는 것을 발견했습니다. (아래 그림)​

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​​싯디퀴 박사의 다음 두 환자는 방추형 척추 동맥류를 앓고 있었습니다. 이러한 형태의 동맥류는 어느 혈관에서도 발생할 수 있지만, 특히 공격적인 자연사를 가지고 있는 후두정맥류에서 주로 발견됩니다. 이러한 동맥류는 신경외과 의사가 직면한 가장 위압적인 병변으로 간주되며 포괄적으로 효과적인 치료 접근법은 확인되지 않았습니다. 때때로 수술이 가능한 반면, 이러한 동맥류는 유동 전달 스텐트 및 스텐트 보조 코일링을 포함하는 내분자 접근법으로 점점 더 치료되고 있습니다.​이 두 환자 중 첫 번째 환자는 66세 남성으로 방추형 척추 동맥류가 큽니다(아래 그림). 동맥류의 지름이 사용 가능한 흐름 전환기보다 크기 때문에, 시드디퀴 박사는 다른 장치를 흐름 전환기로 사용하는 것의 타당성을 평가하기 위해 환자의 혈관 계산의 PolyJet 모델을 프린팅했습니다. 3D 프린팅 모델을 사용한 그의 평가에 따라, 그는 성공적으로 스텐트를 환자에게 배치할 수 있었습니다.​

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​​싯디퀴 박사의 두 번째 척추측만성 방추동맥류 환자는 74세의 남성이었습니다. 환자 맞춤형 3D 프린팅 PolyJet 모델을 검토한 후, Siddiqui 박사는 스텐트 중 하나를 플로우 전환기로 사용하기 위해 커스터마이징한 의료기기 회사와 협력했습니다.​

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사전 수술 계획에서 환자별 모델 사용을 통해 의사는 안전하고 해부학적으로 현실적인 환경에서 환자의 해부학적 구조와 연습을 더 잘 시각화할 수 있으므로 적절한 수술 계획을 더 자신 있게 수립하고 적절한 장치를 선택하고 잠재적인 합병증에 더 잘 대비할 수 있습니다. 수술 계획을 위해 3D 프린팅 모델을 사용하면 수술 시간을 단축하고 기기 낭비를 줄일 수 있으며 궁극적으로 더 나은 결과를 얻을 수 있습니다. 마지막으로 수술 계획용 3D 프린팅 모델은 수술 시간, 진정량, 방사선 피폭을 감소시키기 때문에 환자에게 유리합니다. 환자들은 더 나은 의사 기술과 실제 관행에 근거한 의사 결정으로 이익을 얻는데, 이것은 더 나은 결과를 낳습니다.​3D 프린팅 모델을 수술 계획 도구로 채택하기 위해서는 몇 가지가 필요합니다. 1. 특정 조직 소재 및 질병 상태에 대한 레시피의 테스트 및 검증2. 스캔 Tomodel에서 환자 ID 추적 및 확인을 위한 운영 시스템 개발3. 품질시스템, 프린터마인스, 숙련된 인력 등 산업제조 시 사용되는 모델생산시스템 개발4. 3D 프린팅 혈관 모델이 환자 결과 및 의료 비용에 미치는 긍정적 영향에 대한 강력한 정량적 증거 수집​JI와 그 파트너들은 환자맞춤형 3D 프린팅 모델이 모든 복잡한 신경혈관 질환에 대한 치료의 표준이 되도록이러한 모든 니즈에 걸쳐 작업하는데 전념하고 있습니다.​​​​출처: Stratasys White Paper – Neurosurgery Jacobs Institute​

위 내용은 프로토텍 유튜브에서 영상으로도 확인해보실 수 있습니다​

세션1은 바로 시청하실 수 있으며 세션2는 4월 23일 이메일로 발송됩니다.웨비나 신청하기 >> s://bit.ly/2Xtgxlw​​​​

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3D프린팅 토탈 솔루션 전문기업(주)프로토텍02-6959-4113​www.prototech.co.kr

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