3D 프린터와 VR로 인체 내부 재현, 급변하는 의료 현장

※ 다음 글은 정보통신기술진흥센터(IITP)가 발간하는 주간기술동향 1763호(2016. 9. 14 발행)에 기고한 원고입니다. 

▶ IITP에서 PDF 포맷으로 퍼블리싱한 파일을 첨부합니다. 가독성이 좋으니 참고하시기 바랍니다.

3D 프린터와 VR 급변하는 의료현장.pdf

◈ 현실세계에서 수집한 데이터로 3D 데이터를 생성하고 가상현실(VR)로 표현한 다음, 이를 토대로 다시 현실세계의 작업에 활용하려는 시도가 의료현장에서도 모색되고 있음

• VR 기술과 3D 프린터 등을 이용해 의료 현장의 발전을 시도하는 대표적인 곳은 일본 고베대학 부속 병원 소화기내과 분야로, 이 대학 스기모토 마키 부교수는 이미 연간 약 50건의 임상 수술 현장에서 VR과 3D 프린터 등을 활용하고 있음

• 활용 방식을 보면, 우선 환자의 몸을 CT로 촬영으로 촬영한 후, CT 검사에서 얻을 수 있는 2차원의 평면으로 표현되는 이미지 데이터를 다시 3D 데이터로 변환함

• CT 검사의 이미지 데이터를 3D로 변환해 주는 도구는 의료 영상 분석용 응용프로그램인 ‘오자이릭스(OsiriX)’인데, 오픈소스로 공개되어 있어 무료로 이용할 수 있으며, 2D 화상 데이터를 3D 데이터로 변환하는 작업은 몇 번의 클릭만으로 가능함

• 환자 누구나 병원에서 CT 검사 촬영 데이터를 받아 고베대학 부속병원에 오면 자신의 몸을 3D로 볼 수 있게 해주고 있음

• 오자이릭스를 이용하면 3D 프린터로 실물 크기의 장기를 만들기 위한 이미지 데이터로도 변환이 가능한데, 스기모토 교수 팀은 실제로 3D 프린터를 사용해 실물 크기의 모형을 만들고 외과 수술에 유용하게 활용하고 있음

◈ VR 영상이나 3D 프린터로 만든 모형을 사용하면, 실제 수술, 특히 절제 수술 같이 정교한 수술을 어떻게 진행하는 것이 적절한 지 사전에 검토하는 데 도움을 줄 수 있음

<자료> Kobe University [그림 1] 수술 중 VR 영상을 활용하는 모습

• 가령 체내 종양을 절제 수술의 경우, 담당 의사는 3D 데이터를 이용한 VR 영상을 보며 실제로 환자의 몸을 열지 않아도 내부 모습을 쉽게 그려볼 수 있으며, 오자이릭스에서 만든 데이터를 헤드마운트디스플레이(HMD)를 통해 볼 수도 있음

• 환자의 몸에 프로젝션 매핑 기술로 영상을 투영하면 몸을 열지 않아도 내부 장기의 위치를​​ 파악할 수 있는데, CT로 촬영한 흑백 이미지 데이터만으로는 그려보기 어려운 환자 체내의 형상을 쉽게 확인할 수 있음

• 종양의 위치가 장기의 뒤쪽에 있는 경우나 숙련된 의사도 파악하기 어려운 케이스의 수술을 해야 할 경우에는 3D 프린터로 만든 장기 모형이 매우 유용한데, 장기 모형을 손에 들고 돌려 봄으로써 마치 실제로 개복한 것처럼 종양의 위치를​​ 확인할 수 있음

• 스기모토 교수 팀의 연구는 현실에서 가상으로 그리고 가상에서 현실로, 경계를 의식하지 않고 VR 기술을 활용하려는 시도로서, 인체의 내부를 컴퓨터로 표현하고 이를 다시 현실적인 모형으로 만들어 내려는 것임

◈ 이런 방법은 의사의 수술 훈련과 교육에도 활용할 수 있는데, 실제로 환자의 몸을 개복하지 않고도 실전과 같은 환경에서 교육이 가능해 짐

• 가령 3D 프린터로 만든 장기 모형으로 환자의 몸을 재현한 후, 그 모형을 대상으로 수련의들이 수술을 해볼 수 있는데, 실제 수술이라면 실패는 허용되지 않지만, 모형 대상에서는 실패할 수 있으며, 이런 실패 경험을 통해 숙련도를 높일 수 있음

• 지금까지의 교육 방법으로는, 신참내기 의사가 대학이나 연수의 시절에 배울 수 있는 기술이 제한적이었는데, ‘배우기보다는 스스로 익혀야 한다’라는 문화가 팽배한 상황에서는 오로지 현장에서 기술을 습득해 나갈 수밖에 없었음

<자료> Kobe University [그림 2] 3D 프린터로 재현한 장기(간)

• 그러나 3D 프린터로 만든 모형을 이용하면 실제 수술 횟수도 대폭 늘릴 수 있고, 모형을 대상으로 수술 연습 시에 기구 등에 가속도 센서와 적외선 센서를 장착함으로써 실습 동작을 기록하여 모니터 함으로써 숙련도를 보다 빠르게 높일 수도 있음

• 의료가 디지털이어야 하는지 아날로그이어야 하는지에 대한 논의가 많지만, 의료에 도움이 된다면 둘 중 하나에 너무 매달릴 필요는 없다는 것이 스기모토 교수 팀의 기본 입장

• IT 활용이 전부는 아니지만, IT가 의료에 접목되어 더 많은 환자의 생명을 구할 수 있도록 의사와 엔지니어가 협력할 수 있다면, 의료 현장을 진화시킬 수 있다는 것