수입품 가격의 1/10 가격으로 무릎 인공관절 수술 지원하는 '뷰파인더' 개발

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VinUni 대학의 의사와 엔지니어 그룹이 개발한 이 장치는 전 세계 의 유사 제품과 비교했을 때 비용이 1/10에 불과한 망원경과 같이 무릎 교체 수술이 정확한 결과를 얻을 수 있도록 도와줍니다.

빈유니대학교 의학 3D 기술 연구 센터(VinUni University Medical Research in Medicine) 산하 빈유니 3D 랩 그룹의 팜 트룽 히에우(Pham Trung Hieu) 박사와 동료들은 인공관절 수술 위치를 최대 98%의 정확도로 조정할 수 있는 개인 맞춤형 수술 내비게이션 장치(PSI)를 성공적으로 개발했습니다. 이 연구는 VnExpress 가 주최한 2023 과학 이니셔티브에서 2등을 수상했습니다.

이 장치는 외과의가 수술 중 프로그래밍 계획에 따라 뼈를 절단할 수 있도록 지원하여 인공관절 위치 정확도를 높이고 환자의 수술 효과와 안전성을 최적화합니다. 베트남에서는 인공관절 치환술에 PSI를 적용한 연구가 진행된 적이 없습니다.

BSCK II Pham Trung Hieu는 무릎 인공관절 수술 유도 장치 개발로 2등을 수상했습니다. 사진: Giang Huy — BSCK II Pham Trung Hieu는 무릎 인공관절 수술 유도 장치 개발로 2등을 수상했습니다. 사진: *Giang Huy*

히에우 박사는 손상된 뼈와 관절 구조를 치료하고 재건하는 수술을 할 때는 고정밀 유도 보조 장치의 지원이 필수적이라고 말했습니다. 뼈와 관절 시스템은 3차원 공간에서 복잡한 동적 균형 시스템입니다. 인공관절을 잘못된 최적 위치에 배치하면 신체 운동축이 변화하여 수술 후 운동성에 영향을 미칠 뿐만 아니라, 통증을 장기간 유발하거나 체내 인공관절의 수명을 단축시킬 수 있습니다.

인공관절과 그에 수반되는 유도 장치는 현재 수입되어 유럽과 미국의 체형에 맞게 설계되고 있습니다. 베트남인의 뼈 구조와 이러한 기구의 불일치는 임플란트의 정확한 위치에 영향을 미쳐 치료 효과를 떨어뜨릴 수 있으며, 숙련된 집도의가 아닌 경우 합병증을 유발할 수도 있습니다.

로봇이나 내비게이션과 같은 다른 위치 지정 시스템을 사용하는 것은 종종 너무 복잡하고, 수술 시간이 길어지며 엄청나게 비싼 투자 비용이 필요하므로 베트남 대부분 인구의 상황에 적합하지 않습니다.

"이 팀은 생체적합성 3D 소재로 인쇄된 개인화된 수술 유도 장치라는 아이디어를 개발했습니다. 이 장치는 환자 조직에 안전하게 접촉할 수 있으며, 현재 출시된 장치보다 정확도와 안전성을 더 낮은 생산 비용으로 달성했습니다."라고 Hieu 박사는 말했습니다.

무릎 인공관절 수술 시 개인 맞춤형 수술 유도 장치. 사진: 빈유니대학교 3D 의료기술센터 — 무릎 인공관절 수술 시 개인 맞춤형 수술 유도 장치. 사진: *빈유니대학교 3D 의료기술센터*

연구팀은 최종 PSI 제품을 개발하기 전에 1년 넘게 최적의 설계를 계산하고 수백 개의 프로토타입을 테스트했습니다. 이 설계는 CT 또는 MRI 스캔을 통해 얻은 뼈 구조 데이터를 기반으로 제작되었으며, 각 환자의 뼈 위치에 정확히 맞춰 성형되었습니다.

이 장치 덕분에 외과의는 수술 부위를 명확하게 노출시키고 2~3개의 소형 3D 프린팅 장치만 사용하여 각 뼈 조각의 위치를 정확하게 파악하기만 하면 됩니다. 이전에는 외과의가 약 30개의 기계 도구를 사용하여 팔다리의 다른 랜드마크를 통해 복잡하게 간접적으로 위치를 확인해야 했습니다.

또한, 이 연구에서 연구팀은 3D 프린팅 기술을 사용하여 환자 본인의 무릎 관절 모형을 제작했습니다. 이렇게 제작된 해부학적 모형은 외과의가 수술 유도 장치를 사용하여 공식적인 수술 전 시뮬레이션을 수행하는 데 도움이 될 뿐만 아니라, 인공관절 수술에 대해 배우기 시작하는 젊은 의사들의 교육에도 도움이 됩니다.

따라서 각 사례에 대해 의사는 두 번 수술을 시행합니다. 수술 전에는 해부학적 모형과 가이드 보조 기구를 사용하여 수술을 시행하고, 그 후 설계된 PSI 절단 트레이를 사용하여 환자에게 실제 수술을 시행합니다.

정보 수신부터 완성된 절삭 금형을 완성하기까지의 전체 과정은 평균 3일(빠르면 2일) 밖에 걸리지 않으며, 비용도 전 세계 유사 제품과 비교해 1/10에 불과합니다.

이 팀은 빈멕(Vinmec) 의료 시스템에서 3D 프린팅 기술을 활용하여 개인 맞춤형 수술 유도 장치를 개발하여 약 50건의 슬관절 전치환술과 40건의 고관절 치환술, 그리고 수백 건의 기타 관절 치환술 및 골 정렬 수술을 성공적으로 수행했습니다. 이 기술은 구개열 아동을 위한 코 모형, 복잡한 심혈관 질환에 대한 중재적 스텐트 맞춤 제작을 위한 해부학적 모형, 두개골 결손을 위한 3D 티타늄 패치 모형 제작에도 활용됩니다.

빈유니대학교 의학 3D 기술 연구 센터 소속 의사와 엔지니어들. 사진: NVCC — 빈유니대학교 의학 3D 기술 연구 센터 소속 의사와 엔지니어들. 사진: *NVCC*

빈멕 헬스케어 시스템(Vinmec Healthcare System) 정형외과 및 스포츠 의학 센터 소장인 쩐 쭝 중(Tran Trung Dung) 교수는 VnExpress 와의 인터뷰에서 개인 맞춤형 치료가 의학계의 세계적인 추세이며, 수술 유도 장치의 개발이 수술 효율 최적화에 기여할 것이라고 말했습니다. 이전에는 숙련된 외과의가 약 90%의 수술 정확도를 달성할 수 있었지만, 수술 유도 장치를 사용하면 정확도가 98%에 육박할 수 있습니다. 덩 교수는 "내비게이션 기술은 정확도를 높이는 데 도움이 되는 '뷰파인더'와 같으며, 수술 성공률을 높이는 데 중요한 역할을 합니다."라고 말했습니다.

Dung 교수는 Hieu 박사 팀과 VinUni 3D Lab의 솔루션을 높이 평가했습니다. 이 새로운 기술은 환자의 자연스러운 해부학적 특성에 적합한 매개변수를 각 개인에게 정확하게 적용하여 "도면"을 생성하고 수술 시간을 단축하는 데 도움이 되기 때문입니다. 그는 "개인 맞춤형 절개 금형을 제작하는 3D 프린팅 기술은 표준화의 의미도 지니고 있으며, 가까운 미래에 베트남인의 특성에 맞는 대량 생산이 가능한 제품을 만드는 데 도움이 될 것입니다."라고 말했습니다.

그는 현재 전 세계 여러 병원에서 수술 유도 장치를 적용하는 데 약 3~6주가 소요되며, 제작 비용은 약 3,000달러라고 덧붙였습니다. 그러나 새로운 3D 프린팅 기술을 사용하면 제작 기간이 약 2일로 단축되고 제작 비용도 수백만 동(VND)에 불과합니다. 덩 교수는 다음 단계에서 VinUni 3D Lab이 자사 제품을 다양한 수술 분야에 표준화하여 의사들의 수술 효율성 향상을 돕고, 동시에 국내 더 많은 환자들이 세계적인 첨단 과학 기술의 혜택을 누릴 수 있기를 기대합니다.

수상식 후 기쁨을 나누며 히에우 박사는 이 자리가 팀원들이 서로 교류하고 배우고 제품을 소개하는 놀이터였으며, 동시에 높은 전문 자격을 갖춘 심사위원들이 제품 개선을 위한 의견을 제시했다고 말했습니다. "이 제품이 많은 사용자, 특히 인공관절 수술이나 정형외과적 외상을 겪는 환자분들께 전달되기를 바랍니다. 더욱 합리적인 가격에 더욱 향상된 제품을 제공할 수 있기를 바랍니다."라고 그는 말했습니다.

2년차를 맞은 VnExpress의 2023 과학 이니셔티브 콘테스트는 과학과 기술을 사랑하는 사람들을 위한 놀이터를 만들고자 합니다. 40세 미만의 전문 및 비전문 과학자를 대상으로 과학과 기술 발전의 적용을 가속화하기 위한 이니셔티브, 솔루션 및 연결을 모색합니다.