새로운 삶을 선물하는 3D 프린터
가상 수술 계획과 3D 프린팅을 통해 외과 의사는
한 아이의 머리 얼굴 구조를 회복시키고 평범한 삶을 선물해주었다.
대부분의 사람들 눈에 Grace Kabelenga는 신의 은총을 받고 태어난 것 같지 않았다.
출생 직후부터 상상할 수 없을 정도의 얼굴 기형으로 인해 매일 고통 받아왔다.
8살이 된 Grace에게 지금은 행운이 찾아왔다.
운이 좋게도 몇 년 전까지만 해도 불가능했던 수술을 숙련된 외과 의사들로 이뤄진 의료팀과 3D 기술 기업들이 협업하여 가능하게 만든 것이다.
재능과 기술이 협력한 덕분에 Grace는 평범한 삶을 되찾게 되었다.
힘든 일
Grace는 잠비아 공화국 북부에 있는 도시 느돌라에서 태어났다.
그녀의 눈은 서로 멀리 떨어져 있었고 심각한 얼굴 기형이 있었고 구강에서 그녀의 뇌를 분리해주는 뼈가 없었다.
삼키는 데에 어려움이 있었고 결과적으로 영양 실조와 빈혈이 올 수 밖에 없었다.
2008년 말, 그녀는 세계 두개 안면 재단 (WCF)과 두개 안면 (頭蓋顔面) 수술 분야에서
세계적인 선도자, 유명한 두개 재단 설립자이자 의장인 Kenneth Salyer 박사의 관심을 받았다.
세계 두개 안면 재단은 두개 안면 기형을 갖고 있는 아이들과 가족들에게 도움과 희망을 주는 재단이다.
“Grace와 같은 케이스는 지난 40년 동안 경험했던 아이들과 성인들의 안면 기형 중
가장 다루기 힘들고 고치기 어려운 안면 기형이었습니다”, Sayler 박사는 말했다.
Sayler 박사는 Grace가 아직 어리고 뼈가 다 자라지 않은 상태에서
수술을 바로 진행하는 것은 적합하지 않다고 판단했다.
Grace가 현재 심각한 영양 실조 상태에 있다는 것을 파악한 후 2011년 11월에 예정이었던 수술을 연기했다.
그녀의 건강을 개선하기 위해 정맥 내 점적 영양 공급 및 지속적인 치료를 시행했다.
협업
Grace가 건강을 회복했을 때 Salyer 박사는 3D 시스템즈와 3D 시스템즈의 정밀 의료
솔루션 전문가 팀과 함께 협업하여 복잡한 문제를 같이 풀어 나가는 방법을 선택했다.
콜로라도 주, 덴버에 위치한 의료 기술 센터와 함께 3D 시스템즈는
현재 전 세계 의사들의 가장 복잡한 수술들을 진행하는 것을 돕는다.
3D 시스템즈가 제공하는 솔루션은 해부학적 모델 3D 프린트에서부터 첨단 가상현실 시뮬레이터,
임플란트 제작을 위한 메탈 프린트 및 개인 맞춤형 3D 프린트된 수술 가이드까지 포함한다.
수술은 2012년 6월로 재조정됐고 멕시코 시티에서 Sayler 박사와 그와 함께
26년 동안 일했던 동료인 Derek Bruce 박사와 수술을 진행하기도 했다.
해부학 퍼즐을 풀다
3D 시스템즈는 의사들에게 환자의 CT 스캔 데이터로부터 해부학적 3차원 정보를 제공하고
다가올 수술 전에 완전한 3D 시뮬레이션을 제공하는 가상 수술 계획(VSP®)을 제공해줬다.
Sayler 박사는 “3D 시스템즈가 제공해준 정보 덕분에 세계 각지에 있는
의사들에게 인터넷으로 가상 계획을 보내줄 수 있었습니다” 라고 말했다.
3D 시스템즈의 VSP 팀은 Grace만의 해부학적 특성을 바탕으로 모델, 가이드와 템플릿을 3D 프린터로 제작하였다.
이 도구들은 가상 계획에 맞게 그녀의 뼈를 자르고 자리 잡는 수술에 사용되었다.
VSP 팀은 3D 시스템즈의 ProX 800과 ProJet 7000의 SLA 방식의 3D 프린터를 사용했다.
ProX 800 같은 경우 FDA가 승인한 광범위한 소재들과 뛰어난 표면 처리, 해상도, 모서리 윤곽 및 내성으로 잘 알려져 있다.
ProJet 7000 HD는 덴탈 애플리케이션에 적합하고 고온에 강하고 인장과 충격 강도가 높은 소재들을 제공한다.
멕시코 시티에서 진행된 수술에서 Grace의 입 뒤쪽에 있는 뇌의 덩어리를 완전히 해부하고
두개골 뒤편에서 새로 만든 두 개관에 다시 배치하였다.
그녀의 눈 또한 사이를 좁혔다.
“해부학적 퍼즐을 맞추고 정확한 위치에 조각들을 배치할 수 있었던 것은 3D 시스템즈에서 제작한 3D 모델들이 가이드를 제공했기 때문입니다.
그 가이드가 없었다면 저희가 요구하는 정확성은 나올 수가 없었어요”, Salyer 박사가 말했다.
하지만 아직 Grace는 다른 수술 작업들이 많이 남아있었다.
Grace는 큰 규모의 이마 뼈와 눈구멍 윗부분을 차지하는 뼈 부분을 잃었다.
이 사라진 뼈 위에 얇은 피부 조직만이 뇌를 덮고 있었다.
만약 이 부분이 고쳐지지 않는다면 그녀는 평생 헬멧을 쓰고 다녀야 한다.
대규모 협업
Grace의 두 번째 수술은 2015년 남아프리카에서 진행 예정되었고 이번엔 더욱 실력 있는 의사들의 능력을 필요했다.
콜로라도 주에 있는 의료 기술 센터에서 3D 시스템즈는 가상 수술 계획(VSP)과 3D 프린팅 기술을 활용하여 Salyer 박사,
성형외과 의사 Frank R. Graewe 박사, 남아프리카에 있는 그의 임상 팀 및 의료 기기 회사인 KSL Martin과 Bacterin을 포함한 대규모 팀과 협업하였다.
3D 시스템즈는 Grace의 새로운 이마의 윤곽을 만드는 작업을 했다.
3D 시스템즈의 Geomagic Freeform Plus, 3D 시스템즈의 Touch X와 함께 운영되는 3D sculpting
소프트웨어 및 3D 햅틱 디바이스를 사용하여 이마의 복잡하고 유기적인 곡선을 만들었다.
3D 시스템즈의 디자인 팀은 Salyer 박사의 지시에 따라 실시간으로
디자인을 변경했기 때문에 시제품이나 물리적인 파트를 생산할 필요가 없었다.
최종 윤곽이 완료되었을 때 디지털 파일은 KLS Martin으로 보내졌고 이 파일을 토대로 시간이
지남에 따라 체내에 흡수되는 임플란트와 맞춤형 뼈 제작을 위한 프레임 작업을 진행했다.
“Grace를 위한 수술 계획이 특히 요구되어 부분이 많았습니다.
다른 사례들과는 달리 Grace는 매우 많은 양의 뼈가 없는 상태이고 새로운 뼈를 삽입하되
그 뼈가 서서히 사라지고 환자 자신의 뼈가 자라나도록 하는 일은 큰 도전 과제였습니다.
또 하나의 도전 과제는 세 개의 대륙에서 온 여섯 팀이 3D 시뮬레이션을 통해 실시간으로 소통하는 것입니다.
3D 시스템즈가 솔루션을 제공함으로써 할 수 있었던 다국적 협업이었습니다”,
KLS Martin사의 북미 제품 개발부 이사인 Shawn Burke가 말했다.
복잡한 3D 프린트 디자인
임플란트 디자인이 완료되고 3D 시스템는 Bacterin사에 고객맞춤형 “bandeau”를 위한 3D 프린트된 몰드를 제공했다.
“Bandeau”는 눈 위에 안와 경계 확고하게 하는 뼈 조각이다.
Bacterin 3Demin® 재료로 Grace의 머리띠(bandeau) 형식의 뼈를 Salyer 박사의 주문 사양에 맞추어 제작하였다.
Bacterin사 또한 3Demin 시트, OsteoSponge® 및 OsteoWrap® 동종 이식을 제공했다.
“고객 맞춤화된 3Demin 동종 이식에 대한 제조 공정에는 몰드가 살균 가능해야 하고
Bacterin사의 3Demin 섬유 기술 조건들을 만족시킬 수 있어야 합니다”,
3D 시스템즈의 VSP 재건 서비스를 이끌고 있는 Mike Rensberger가 말했다
Salyer 박사가 참고했던 모델들과 템플릿을 만드는 과정에서 사용했던 동일한 SLA 기술과 레진을 사용하여
기존에 기계 가공 또는 인젝션 몰딩으로 제작했던 전통적인 방식보다 더 정교하고 사례에 적합하고 고객 맞춤형 파트를 제작하였다.
신의 은총(Grace)
Grace의 두 번째 수술도 성공적으로 마무리 되었다.
그녀의 두개골은 자신의 뼈처럼 굳어지고 있고 미각과 입은 정상적으로 닫힌다.
먹고 말하고 숨 쉬는 행동이 같은 연령대와 같이 정상으로 돌아왔다.
Grace의 다음이자 마지막 수술이 2016년 4월에 예정되어 있다.
이번 수술에서 중요한 부분은 그녀의 코와 비강, 윗입술 그리고 눈 주변 지역에 연부 조직을 놓는 것입니다.
Salyer 박사의 자서전인 “A Life that Matters”에서 그는 “일찍이
내 인생에서 소명을 발견하고 내 삶을 헌신하는데 전념하기로 결정했다.
그리고 나는 어린이들의 얼굴을 되찾아주고 그들이 스스로의 삶을 찾아갈 수 있도록 내게 주어진 일들을 해내고 있다”
Grace의 수술과 회복을 도왔던 모든 사람에게서 나와 같은 모습을 볼 수 있었다.
그들에게 감사한다.
그녀의 인생은 이제 단순한 각주가 아니라 완성 되가는 긴 이야기를 그릴 것이다.
[자료출처] http://www.3dsystems.com/learning-center/case-studies/delivering-gift-normal-life
