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지난 2014년 세계경제포럼은 미래 10대 유망기술 중 하나로 ‘3D 프린터’를 꼽았다. 미국 오바마 대통령도 3D 프린터가 “제4의 산업혁명”을 일으킬 것이라고 공언했다.
요즘 국내 의료진들도 주요 관심사로 ‘3D프린터’를 꼽고 있다. 3차원 설계도를 바탕으로 프린터 종류에 따라 다양한 소재로 입체적인 물체를 만들어 낼 수 있는 기술을 통해 의료에도 상상을 초월한 변화가 일 것이라는 전망이다.
이미 국내 병원에서는 3D프린터를 기반으로 다양한 시도가 이뤄지며 가능성을 키워가고 있다.
3D프린팅 기술을 통해 뼈, 장기, 신체일부를 정확한 모형으로 출력해 내서 이를 치료 및 수술 등에 접목하는 것이다.
서울아산병원, 세계 최초 맞춤형 3D 유방암 수술가이드 개발
서울아산병원은 세계 최초로 3D프린터 기술을 활용한 유방암 환자 맞춤형 수술 가이드를 개발했다.
맞춤형 3D 유방 가이드는 환자 유방 모양에 맞춰 정확히 씌워 입체적으로 유방암 부위를 표시해 과도한 유방 절제를 줄이고 절제할 수 있어 재발을 방지할 수 있도록 하는 것이다.
미리 제작해 놓은 3D 유방 가이드를 이용하면 마취 상태에서 수술부위 표시가 가능해 환자들이 통증과 불편감을 느끼지 않게 된다.
유방내분비외과 안세현·고범석 교수와 융합의학과 김남국 교수팀은 올해 초부터 이 같은 방법으로 환자 5명을 집도했고 그 내용을 올해 4월 국제유방암학회에 보고했다.
안세현·고범석·김남국 연구팀은 “이렇게 3D 유방 가이드를 이용해 종양 범위를 표시하면 기존 표시 방법보다 종양의 크기에 맞춰 3차원적으로 여러 곳에 정확하게 표시할 수 있어 정밀한 암 절제가 가능하다”고 설명했다.
고범석 교수는 “3D 유방 가이드를 활용해 유방암 수술을 하면 정확한 절제연을 확보할 수 있어 유방을 최대한 보존하고 재수술률과 재발률을 줄일 수 있으며 미용적 효과를 증진시킬 수 있다”고 밝혔다.
안세현 교수도 3D 프린터를 활용한 유방암 수술 가이드는 국내외적으로 처음 시도되는 기술로서 선행항암치료를 받은 환자 뿐 아니라 향후 전체 유방암 환자에게도 확대 적용할 수 있을 것으로 전망된다고 기대감을 표했다.
세브란스병원, 국내 첫 3D프린팅 골반 뼈 교체 수술
연세대 세브란스병원 신경외과 신동아 교수팀이 국내 처음으로 3D 프린팅 기술을 이용해 환자 맞춤형 골반뼈를 제작, 교체하는 수술에 성공했다.
신동아 교수팀은 수술 전 종양내과, 방사선종양학과, 정형외과 골종양 전문의들과 함께 환자의 수술에 대해 논의했다. 골반뼈에 있는 신경 전체를 자를 경우, 해당 환자는 젊은 나이에 하반신 마비와 대소변 가리는 것을 포기해야 했다.
의료진들은 수술 후 환자의 삶의 질까지 고려해 골반뼈의 왼쪽 절반만 제거하고, 최대한 신경을 살리기 위해 왼쪽 골반뼈의 1, 2, 3번 신경만 자르기로 결정했다.
신 교수팀은 환자에게 이식되는 맞춤형 골반뼈가 충분히 기능을 발휘하기 위해 3D 프린팅 제작업체와 여러 차례 회의를 가졌다.
수술 전 의료진은 플라스틱 모형을 먼저 제작해 모의수술 과정을 거쳤다. 이후 세 번이나 다시 모형을 뽑아 환자에게 최적화된 맞춤형 골반뼈를 만들었다.
앉았을 때 척추가 상체의 무게(성인기준 약 30∼40kg)를 충분히 지탱해 주며, 수술하지 않는 오른쪽 골반뼈와 무게가 거의 비슷해 좌우의 균형이 맞아야 했기 때문이다.
신동아 교수는 “3D 프린팅은 기존의 모형 또는 제품에 부족한 부분이 있을 때 수정이 가능해 환자에게 최적화된 맞춤형 골반뼈를 만들 수 있었다”며 “환자의 상황을 다 고려해 만들어진 맞춤정장과 같은 개념이다. 또 제작업체가 환자의 다양한 요구를 반영해 원하는 정확한 모양이 나올 수 있다”고 말했다.
중앙대병원, 3D프린팅 두개골 이식수술 성공
중앙대병원 연구팀은 3D프린터로 만든 순수 타이타늄 두개골을 환자에게 국내 최초로 이식해 화제가 됐다.
지난 4월 권정택·이무열 중앙대병원 신경외과 교수팀은 뇌출혈로 뇌가 비정상적으로 부풀어 올랐다가 두개골 아래로 심하게 함몰된 60대 여성 환자에게 3D 프린팅 두개골 이식수술을 성공적으로 시행했다.
의료진은 A씨의 뇌가 두개골을 자른 부위 아래로 함몰돼 두개골 이식수술이 필요하다고 판단, 3D 프린팅 기술을 통해 맞춤 제작한 두개골 이식 성형수술을 실시했다.
수술 결과는 성공적이었다. 당시 환자가 이식받은 3D 프린팅 두개골은 한국생산기술연구원 강원지역본부 3D 프린팅 기술센터가 맞춤형으로 개발한 순수 타이타늄(Titanium) 소재였다.
기존 타이타늄 소재는 알루미늄, 바나듐 합금과 비교해 강도가 60% 수준에 머무르는 한계가 직면했으나 이번에 한국생산기술연구원이 개발한 순수 타이타늄 소재는 고강도 특성(95% 수준)을 구현해냈다.
권정택 교수는 “시멘트 등을 이용한 두개골 성형술은 함몰이 심할 경우 재료가 많이 사용돼 무겁고, 환자의 뇌에 딱 맞는 모양을 만드는 데 어려움이 있었다”면서 “이번 이식수술에 사용된 ‘순수 타이타늄 소재 3D 프린팅 두개골’은 무게감을 최소화한 가운데, 환자 영상정보를 이용해 환자 개인의 두개골 특징에 맞게 제작됐다”고 설명했다.
이창우 한국생산기술연구원 강원지역본부장은 “3D 프린팅 기술은 환자 개인에 맞는 매우 정밀한 형상을 제작할 수 있고, 비교적 낮은 단가로 신속하게 제작할 수 있는 것이 장점"이라고 전했다.이처럼 3D 프린터가 직접적으로 환자에게 유용하고 확실하게 도움을 줄 수 있는 영역으로 자리매김하고 있다.
시장성도 크다. Wohlers Associates 자료에 의하면, 세계 3D 프린터 시장규모는 2019년 65억 달러, 2021년 108억 달러로 성장할 것으로 예측되고 있다. 그 중 의료분야가 20% 이상을 차지할 것으로 전망되고 있다.
특히 3D 프린팅 기술이 제조업 이외에도 다양한 분야에서 혁신을 일으킬 것으로 기대되면서 미국, 유럽, 중국 등 각국 정부도 정부 차원의 연구개발(R&D) 지원과 산업 클러스터 형성 지원 등을 하고 있다.
하지만 현재 우리나라는 3D시장의 국가별 점유율은 2%대에 그치고 있다.
학문간 융합이 유연하고 신속하게 이뤄질 수 있는 체계와 상용화할 수 있는 제도 등이 보다 강화돼야한다는 지적도 나온다.
3D프린팅 업체, 기계공학자, 로봇공학자, 의료진, 환자 등 관련자들이 모여 융합 연구와 기술 개발이 활발하게 진행될 수 있는 환경이 필요하다는 얘기다.
과학기술정책연구원 임수연 연구원은 “의료분야 3D 프린팅 기술 적용은 3D프린팅 산업계의 일방적인 연구개발 추진보다는 연구 개발자가 환자마다 갖고 있는 어려움을 파악해 이를 안전하게 해결해주는 목적으로 접근할 필요가 있다”고 말했다.
서울아산병원 고범석 교수는 “보통 임상교수들이 진료 현장에서 아이디어가 떠오른다고 해도 빠른 속도로 실행이 되는 경우는 드물다. 하지만 융합의학과에서는 의료기기 등과 접목해 한 발 앞서 나갈 수 있다고 본다”고 밝혔다.
그동안 까다로운 규제 장벽도 완화해야 한다는 목소리가 계속돼왔다.
우리나라도 다소 늦었지만 개선 작업이 진행되고 있다. 국무조정실은 지난 5월, 5차 규제개혁장관회의에서 보건의료분야에 대한 규제 개선 방안을 마련했다.
그간 3D 프린터로 의료용 기구를 제작 할 경우 성능·소재·출력물에 대한 인증기준은 없었다.
산업부는 오는 10월 3D 프린터의 장비·소재 안전성 등에 대한 평가 가이드라인을 마련할 예정이다.
또 3D 프린팅 의료기기에 대한 식약처의 허가심사 가이드라인은 지난해 11월 마련됐다.
제품별 특성을 반영하는 방향이다. 3D프린터로 의료용 기구 제작 시 식약처에서는 최종 출력물을 의료기기로 판단·관리하며 3D 프린터 자체는 의료기기를 만들기 위한 제조설비로 보고 GMP에 따라 관리하고 있다.
현재는 똑같은 소재를 활용해 제작한 인공 뼈도 부위가 다르면 건강보험이 적용되지 않는 점도 한계다.
가령, 두개골 종양 치료용으로 허가된 인공뼈를 척추와 엉덩이뼈, 사지 등에 적용할 땐 보험 적용이 되지 않는다.
의료용 3D 프린터는 약 15억원을 호가한다. 부위마다 다르지만 보형물 제작비는 600만원~3000만원 정도다. 여기에 술기비용까지 합친다면 환자가 부담하기에 굉장히 부담스러운 금액이다.
현대경제연구원은 보고서를 통해 “산업의 갈라파고스화를 초래하는 중앙집중식 통제 패러다임에서 개방과 공유의 패러다임으로 정책방향을 근본적으로 전환해야 한다”며 “초기 시장이 형성되기 이전에 기술경쟁력을 확보하기 위해서는 국가연구개발 사업 등 공공부문의 선도적인 R&D 투자가 필요하다”고 제언했다. |
