심장 및 혈관 모형 3D 프린팅 후처리 결과물입니다.

예전에 한 의사선생님께 의뢰를 받아 3D 프린팅을 진행했었던 작업과정을 [심장혈관 3D 프린팅하기!]에서 안내해드렸었습니다. 감사하게도 그 의사선생님께서 도색 등 후처리를 하신 결과물의 사진들을 보내주셔서 완성된 심장 및 관상동맥 3D 프린팅 모형을 만나볼 수 있었습니다.

의사선생님께서 이 심장 및 혈관 모형의 3D 프린팅을 의뢰하신 이유를 여쭈어보았었는데요, 심장내과 선생님이시다보니 심장 생리학쪽 연구 및 교육 목적으로 혈관과 근육 사이의 Voronoi segmentation이나 allometric scaling을 이해하는데 도움이 되는 자료를 만들고자 제작하셨다고 하셨습니다. 

Voronoi segmentation은 어떤 공간에 점들이 배치되어있고 이 점들 사이에 선을 그어 한 점을 포함하는 면을 만들어서 공간을 분할한다고 할 때, 점들 사이의 선을 그 선으로부터 가장 가까운 2점을 기준으로 선 위의 점이 각각의 기준점까지의 거리가 같게, 그리고 기준점 2개를 이은 또다른 선과 수직으로 만나게 선을 그리는 방법으로 영역을 분할하는 방법입니다.

위 그림과 같이 말이죠. 위와 같은 방법으로 분할을 했을 때 어떤 점이 차지하는 공간이 어느 정도인지 가름할 수 있다는 것이죠. 

Allometry는 어떤 생물체에서 신체의 크기와 어떤 특정 부위와의 크기 변화가 시간에 따라 어떻게 진행되는지에 대해 연구하는 학문입니다.

저도 해당 분야에 대한 지식이 거의 없어 잘 이해할 수는 없으나, 심장을 먹여살리는 관상동맥, 즉 심장동맥(coronary artery)이 심장의 어느 부분을 먹여 살리는지 알기 위해 Voronoi segmentation과 allometric scaling 기법을 사용한 것으로 이해했습니다.

심장동맥이 여러가지 이유로 막혀서 심근이 손상을 입으면서 심장이 뛰는데 악영향을 미치면서 생명을 위협하는 질환이 바로 심근경색(myocardial infarction)인데요, 이 연구는 어떤 심장동맥이 막혔을 때 어느 쪽 심근이 영향을 받는지 알아냄으로써 실제 심장혈관 조영술이나 스텐트 시술 등 심장내과적 시술을 함에 있어서 도움이 되는 정보를 얻는데 도움이 될 것으로 생각됩니다. 

앞서 포스팅에서 언급했었던 바와 같이, 심장동맥은 clear resin과 form 1+ 3D 프린터를 이용하여 3D 프린팅하였고, 좌심실(left ventricle)의 경우는 프린터봇 메탈 플러스(printrbot metal plus) 3D 프린터와 Colorfabb의 PLA/PHA standard white 필라멘트를 이용하여 3D 프린팅하였습니다.

그리고 의뢰해주셨던 의사선생님께서 위에서 언급한 기법에 따라 각 심장동맥들이 영향을 미치는 영역을 색칠하셨으며, 대동맥 부분은 원래 출력되지 않은 부분인데 의사선생님께서 퍼티로 따로 만드셨다고 합니다.

좌심실 부분의 앞쪽(anterior) 모습입니다. 좌심실 각 영역에 영향을 주는 심장동맥이 같은 색으로 칠해져있음을 알 수 있습니다.

다른 각도에서 본 좌심실 부분의 앞쪽(anterior) 모습입니다.

좌심실의 앞쪽 아래쪽 부분을 본 모습입니다.

좌심실의 apex 쪽에서 바라본 모습입니다.

좌심실의 옆쪽 아래 방향으로 apex를 바라본 모습입니다. 프린터봇 메탈 플러스로 출력할 당시 서포트가 붙은 부분이라서 그런지 표면이 매끄럽지 않아 아쉬웠습니다. PLA 필라멘트는 다 좋은데 후처리가 너무 힘들다는 단점이 있습니다. 쇠 줄로 갈아도 잘 안갈려요;;

좌심실의 옆면 아래쪽을 바라본 모습입니다.

이 심장혈관은 오른쪽심장동맥(우관상동맥, right coronary artery)부분으로 우심실과 우심방을 따라 뒤쪽으로 가는 혈관인데 우심실과 우심방이 이 모델에서는 없기때문에 이 심장동맥이 허공에 붕 떠있는 것처럼 보입니다.

대동맥쪽에서 바라본 모습입니다. 좌심실의 강력한 근력으로 혈액이 대동맥으로 뿜어져 나가는 것이지요. 퍼티로 해부학적 구조를 알아볼 수 있을 정도로 상당히 잘 표현되었습니다.

좌심실을 심실중격(ventricular septum)을 바라보며 본 모습입니다.

의사선생님께서 3D 프린팅한 출력물을 후처리 하시는게 처음이라고 하셨었는데.. 깔끔하게 완성하신 모습이 정말 놀라웠습니다. 자세한 이론적 바탕은 알지 못하더라도 이 모델을 보고 '아 이 혈관이 이 부위를 책임지나보구나'라는 생각을 갖게 만든다는 사실 자체가 이 모델의 교육적 목적을 달성한 게 아닌가 싶습니다.

3D 프린터와 3D 프린팅 기술이 다른 분야의 전문성을 만나게 되면 그 시너지 효과가 매우 클 수 있음을 이번 출력 의뢰를 시행하면서 느꼈습니다. 사실 3D 프린팅 기술 자체는 무엇인가를 만들어내는 도구로서 사용되는 것이고 그 도구로 무엇을 만들고 이룰 것인가에 대한 부분이 바로 3D 프린팅 세계에서 가장 중요하지 않나 생각해봅니다. 이 관점에서 보았을 때 의학은 3D 프린팅 기술과 만났을 때 가장 드라마틱하게 시너지 효과를 보여줄 수 있는 학문이라고 생각되며, 앞으로 의학과 3D 프린팅 기술은 서로를 서포트하며 함께 발전해나가지 않을까 조심스럽게 생각해봅니다.

이 자리를 빌어 좋은 결과물을 경험할 수 있게 해주신 의사선생님께 감사의 말씀을 전합니다.

제가 많이 아는 지식분야가 아니므로 내용에 오류가 있을 수 있습니다. 혹시 본문상의 오류를 발견하신 분이 계시다면 댓글로 알려주시면 감사하겠습니다.

이제까지 메이드인네버랜드였습니다~!