뇌혈관 3D 프린팅 by Form 1 3D 프린터!

수리된 Form 1 3D 프린터의 능력치를 확인하기 위해 좀 하드코어한 3D 모델링 파일을 출력해보았습니다. 사실 오래전부터 준비해온 파일인데, Form 1이 고장나는 바람에 컴퓨터 하드 안에 묵혀놓고만 있었지요.


바로 저희 어머니의 뇌혈관 3D 모델링 파일입니다. MRI(자기공명영상)를 촬영할 때 조영제를 혈관주사함으로써 다른 조직보다 혈관을 더 잘 관찰할 수 있게 촬영하는 방법이 MRA(Magnetic resonance angiography, 자기공명혈관조영술)인데, 이 데이터를 기반으로 어머니의 뇌혈관을 3D 모델링하였습니다.


즉, 저희 어머니의 뇌혈관 데이터를 기반으로, 3D 프린팅에 적합하도록 전체 혈관 두께를 키우는 작업과 3D 프린팅에 적합하지 않은 너무 가느다란 혈관과 구조의 수정 등의 추가 작업을 통해 3D 모델링 파일을 완성하였습니다.



최종 완성된, 어머니의 뇌혈관 3D 모델링입니다. 세울 수 있도록 받침도 추가했지요ㅎ


여기에 서포트를 추가하면..



이렇게 됩니다;; 모델 자체의 예상 레진 소모량은 대략 10ml인데, 서포트가 추가된 예상 레진 소모량은 130ml더군요;; 레진이 아깝긴 했지만.. 출력을 강행했습니다.


Formlabs의 Clear Resin으로 layer thickness 100 마이크론으로 출력하였으며, 출력시간은 대략 4시간 30분 정도였습니다.



출력한 뒤 세척 직후의 사진입니다. 매우 안타깝게도 출력 도중에 레진이 다 떨어져서 윗부분이 완전히 출력되지 않았습니다;; 꽤 잘 출력된 것 같아 두근두근하였으나 아직 서포트 제거 전이라 확실히 잘 뽑혔는지 확인할 수는 없는 상태였습니다.



출력되지 않은 윗부분을 따로 잘라내어 출력한 모습입니다. 이걸 보고 느꼈습니다.


'아.. Form 1 수리가 잘되었구나!'


부푼 마음을 안고 서포트를 제거했습니다. 워낙 가느다란 혈관 모형이다보니 조심조심 서포트 제거하느라 서포트 제거하는데만 2시간 걸리더군요;;



서포트를 제거한 뒤의 모습입니다.




예전 고장나기 전 Form 1의 정밀도를 다시 보는 것 같아 기분이 좋았습니다ㅎ


성공적인 수리가 이루어졌음을 느끼며, 이렇게 잘 수리해준 Formlabs에게 새삼 감사한 마음도 들더군요. 물론 수리에서 받는데까지 2달이 걸리긴 했지만 말입니다.




1200방 Mr.서페이서 도포 후 Mr.컬러스프레이의 메탈릭 레드로 도색한 뒤 Mr.수퍼 클리어 gross 타입으로 마감하여 완성한 모습입니다.



Circle of Willis 부분입니다. 이 부분은 뇌혈관 중 Anterior cerebral artery, Anterior communicating artery, Internal carotid artery, Posterior cerebral artery, Posterior communicating artery로 만들어지는 원형 구조를 총칭하는 말인데요, 화살표로 표시된 부분을 자세히 보시면 Posterior communicating artery 부분이 빠져있습니다. 아무래도 Posterior communicating artery가 작고 수평으로 주행하여, MRA를 찍을 때 촬영하는 수평면과 수평면 간격 사이로 누락된 것이 아닐까 생각합니다.



앞쪽의 Anterior cerebral artery 부분입니다. 출력 중간에 레진이 다 떨어져서 출력되지 못했던 부분을 추가 출력하여 붙인 부분이지요.




각각의 middle cerebral artery 부분에서 이어지는 혈관들의 모습입니다.



internal carotid artery, basilar artery 그리고 2개의 vertebral artery부분입니다.



3D 프린팅하는 과정을 타임랩스로 편집한 동영상입니다.


오늘은 저희 어머니의 뇌혈관 MRA 데이터를 기반으로 만든 뇌혈관 구조를 Form 1 3D 프린터를 이용하여 출력해보았습니다. 이로써 Form 1은 잘 수리가 되어 왔음을 확인할 수 있었습니다.


Form 1도 왔으니 이제 미뤄놨었던 프로젝트들을 하나하나 꺼내봐야겠습니다. 프로젝트라고 하기에는 거창하지만, 이전부터 디자인해서 만들어보고 싶었던 것들을 Form 1의 힘을 빌어 현실로 불러와야겠습니다ㅎ 시간이 얼마나 걸릴지는 모르지만..


이제까지 메이드인네버랜드였습니다~!


p.s. 혹시 포스팅에서 설명한 뇌혈관의 해부학적인 부분이 틀린 부분이 있으면 바로 지적해주세요~!


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  1. 클량에서건너온초보 2014.08.04 23:55 신고 address / modify or delete / reply

    우와 대단하십니다!
    직접 디자인해서 프린트하기도 힘든데 MRA자료를 변환해서 프린트하셨군요.
    클량에서 글 올리실 때부터 재밌게 지켜보다가 이제서야 첫 댓글 답니다.
    혹시 MRA에서 어떻게 3D data를 가져오셨는지 좀 알려주실 수 있을까요?
    전이제 프린터봇 주문하고 기다리고 있는 초초보입니다.
    전 전에 찍어놓은 얼굴CT를 이용해서 나의 얼굴뼈를 프린트해보고 싶네요:)

    • MadeInNeverland 2014.08.05 06:26 신고 address / modify or delete

      다른 분들은 보통 3d-doctor와 invesalius, magics 등의 프로그램을 이용해서 변환한다고 하십니다. 저는 약간 다른 방법으로 했는데, 지금 언급하긴 약간 곤란한 부분이 있습니다. 언젠간 포스팅하도록 하겠습니다. 죄송합니다.

  2. 2014.08.05 10:42 address / modify or delete / reply

    비밀댓글입니다

    • MadeInNeverland 2014.08.06 07:36 신고 address / modify or delete

      프로그램은 위에서 언급한 걸로 보통 쓴다고 하며, 저는 여기서 사용한 것은 아니지만 magics을 사용해본 적이 있습니다. magics은 CT데이터를 자동으로 읽어서 데이터중 세팅에 맞게 stl파일로 전환해줍니다.

  3. 앨리삵 2014.08.05 10:51 신고 address / modify or delete / reply

    블로그 잘 보고있습니다.
    meshmixer 라는 툴에서 조금이나마 효율적인 서포트 생성기능을 지원합니다.
    제가 직접 출력해보진 못했지만 보기엔 그럴싸 하더군요.
    써보시고 후기 부탁드려도 될련지.. :)

    • MadeInNeverland 2014.08.06 07:38 신고 address / modify or delete

      아..meshmixer에서도 서포트 형성 기능이 있군요. 저는 프린터봇으로 뽑을때는 slic3r로 뽑는데 여기서의 서포트 형성 기능을 사용합니다. form 1을 사용할 때도 preform이라는 전용 프로그램을 사용하는데 서포트 형성 기능이 더 진일보되어 서포트 하나하나 세우고 지우고 편집할 수 있습니다. 단점이라면 form 1만 사용가능하단 점이죠ㅠ

  4. 오셔용 2014.08.22 21:51 신고 address / modify or delete / reply

    3D 프린팅에 관한 많은 것을 배우고 있습니다. 네버랜드 님 블로그를 보고 용기를 내어 프린터도 사고, 이런 저런 프로그램 정보도 많이 얻었습니다. 늘 감사하게 생각하고 있습니다.
    한가지 궁금한 점은, 혈관 크기를 키우셨다고 하셨는데 어떤 방법을 사용하셨나요?
    저도 요즘 의학 영상으로 연구중이라 작은 혈관을 다룰 일이 많은데 FDM 프린팅 하려다 보니 쉽지가 않네요.

    • MadeInNeverland 2014.08.23 07:31 신고 address / modify or delete

      방문해주셔서 제가 더 감사합니다(_ _)* 저는 작은 혈관을 키우기 위해 Geomagic Studio 2013이라는 프로그램의 Thicken 기능을 사용하여 혈관들의 두께를 제가 설정한 만큼 추가로 두껍께 만들었습니다. 이렇게 키우면 성공적으로 3D 프린팅될 가능성이 높아지는 반면에, 실제 환자의 혈관과는 차이가 생기게 되므로 의학적으로 바로 사용하기에는 무리일 수 있습니다. 혈관 두께를 직접적으로 키우는 것이 아닌, 전체 크기를 실제 크기와 동일한 비율로 키우시고 싶으시면, netfabb의 scale 기능으로 전체 크기를 크게 만드는 것도 좋은 방법입니다만.. 이 방법은 실제 혈관과 동일한 비율을 가지고 있긴 하나 전체 크기가 커지는 것이므로, 가지고 계신 3D 프린터의 building volume 안에 다 안들어가서 분할 출력해야할 가능성이 높습니다.

  5. 오셔용 2014.08.23 12:00 신고 address / modify or delete / reply

    또 다른 소중한 정보를 주시는 군요. ^^
    사정 상 상용 프로그램을 막 사용할 수는 없고 가능한 한 오픈소스 프로그램으로 해결을 해야 하는데... 찾아보니 Meshmixer의 thicken 기능을 언급하는 사이트들이 있던데 막상 아무리 찾아봐도 이런 메뉴는 안 보이네요. 무슨 조건이 있는지... (Meshmixer는 특정 조건이 되어야 나타나는 메뉴들이 있더군요. 이를테면 object 두 개를 동시에 선택해야 나타나는 'combine' 이라던가)
    방법을 조금 더 찾아보겠습니다.
    의학 진단이나 치료용이라면 당연히 정밀하게 만들어진 정확한 치수를 사용해야겠지만 연구용이라면 약간의 수정이 필요한 경우가 있어서요. 이를테면, 특정 부분에서 좁아진 혈관이 있는 경우에 전체적으로 직경을 늘리면 조금 더 알아보기 쉬워지는 경우가 있습니다. 이미지에서 contrast/brightness 바꾸는 것에 비유할 수 있을까요?
    항상 감사드립니다.

    • MadeInNeverland 2014.08.23 23:06 신고 address / modify or delete

      아.. 효율적인 혈관 구조 분석을 위해 약간의 수정은 가능한 것이군요. 저도 오픈소스 프로그램으로 한번 알아보겠습니다. 일단 meshmixer와 netfabb은 thicken 기능을 찾을 수가 없군요ㅠ 혹시 알게 되시면 저도 좀 배우길 청합니다. 저도 열심히 공부하고 있겠습니다.

  6. 다이나믹로동! 2016.12.05 19:42 신고 address / modify or delete / reply

    혈관을 고무로 인쇄할 일이 있어서 적어봅니다만
    수능이 끝난지 얼마되지 않은 학생입니다.
    제가 학생때부터 구상해온 것을 만들려고 시도하다 보니까 3d프린트에 입문까지 생각하게 되었는데

    3d프린터를 대여해 주는 곳은 죄다 달/년 단위로 대여금액을 내는데
    저는 혈관 몇개만 인쇄하면 임무완수라
    가격 등에 있어서 딱히 적당한 곳을 찾기 어려워서 질문 몇개만 드리고자 합니다.

    1. 전 포스팅에서 말씀하신 의사분께서 보내주신 혈관 stl파일(아니면 위에 것도 괜찮으시다면)을 얻을 방법이 없을까요? 이나며 이런것도 저작자의 동의를 얻지 않으면 안되나요
    (남이 만든 창작물을 아무런 대가 없이 쓸려고 하는 것이 무례해보이신다면 정말 죄송합니다. 하다못해 저작권자에게 적당한 금액을 지불할 용의는 있습니다..... 지갑사정이 허락한다면요..ㅡㅡ;;)

    2. 고무로 3d프린팅을 할때 적절한 프린터나 조건등이 따로 있나요?

    3. 3d입문으로써 뭐부터 시작해야 할지?? 프로그램 다루는 법이라든가...?


    일단 제가 인쇄하려는 조건은 고무재질 등으로 신체기관처럼 말랑말랑하고, 검붉은색, 속이 비어잇음
    입니다
    답변해주시면 감사하겟습니다.

    • MadeInNeverland 2016.12.06 09:09 신고 address / modify or delete

      1. 모든 창작물은 저작자의 권리를 지켜줘야 합니다. 보통 STL 파일들을 구할 때는 무료로 오픈되어있는 곳에서 많이 구합니다. 보통 많이 찾는 thingiverse라는 곳에서 검색해보니 (http://www.thingiverse.com/search?q=blood+vessel&sa=) 혈관에 관한 STL 파일을 몇개 확인할 수 있었습니다. 하지만 말씀하신대로 속이 비어있는 구조의 혈관들은 찾기 어려우실 수 있습니다. 왜냐하면 MRI나 CT 등에서 혈관구조를 STL 파일로 추출하는 경우 보통 속이 꽉 찬 상태로 추출되기 때문입니다. 그래서 혈관 모형을 만들때에는 따로 shell을 만들어주는 작업을 추가로 해주거나 새로 모델링하기도 합니다.

      2. 고무로 출력하기 위해서는 굉장히 까다로운 조건을 만족시켜야 합니다. FDM 기기에서는 flexible filament를 사용하고 SLA나 DLP같은 광원을 사용하는 기기는 flexible resin을 사용합니다. 업체같은데 맡기신다면 우레탄으로 출력도 가능한 것으로 알고 있습니다. 하지만 이런 물질들을 사용하는 경우 가격은 꽤 높지요. 가장 저렴한 flexible filament도 가격이 일반 필라멘트들보다는 훨씬 비쌉니다.

      3. 3D 입문이라고 하시면 모델링 쪽을 말씀하시는 것인가요? 3D프린터 입문이든 3D모델링 입문이든 일단 정보를 모으는 것이 중요하다고 생각합니다. 제 블로그를 포함하여(민망;;) 네이버카페(예를 들어 http://cafe.naver.com/makerfac)나 다른 웹사이트(예를 들어 https://xyzist.com)들에서 많은 정보를 얻을 수 있으며, 영어읽기가 가능하시다면 https://www.3dhubs.com같은 곳에서도 정보를 구할 수 있습니다. 3D프린터에 대해 보다 더 잘 알고 싶으시다면 사실.. 저렴한 것 하나 구입해서 직접 부딪혀 보시는게 가장 빠른 학습의 지름길입니다.

      일어나서 바로 답변을 달려니 두서가 없네요;;; 또 궁금하신 것 있으시면 말씀해주세요ㅎ

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