[논문]3D프린팅 기술을 이용한 심혈관 질환 진단의 유용성 평가

박천규; 김정훈

doi:10.7742/jksr.2021.15.5.691

초록
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환자의 질병을 예방 및 치료를 위해서는 의료영상을 통한 병변의 해부학적 구조 파악은 중요한 과정중 하나이다. 하지만 스크린으로 통해 보여 지는 영상으로는 한계가 있으므로 3D 프린팅 기술을 이용하여 이를 극복하고자 하는 많은 연구가 진행 중이다. 이를 위해 본 연구는 실제 환자 영상데이터를 이용하여 3차원 심혈관 모델을 구현하였고, 이를 3D 프린터를 이용하여 출력하여 현재 종사하고 있는 의료전문가에게 유용성 테스트를 진행하였다. 유용성 평가 결과 총 5인이 실시한 설문을 리커트 척도로 변환하였을 때 모든 항목 평균값이 4.83점의 높은 결과를 나타내고, 교차분석 결과 x²(P)=10.000(0.265)의 수치로 모든 설문자간 동일하게 긍정적인 설문 결과를 나타냈다. 결과를 바탕으로 3D프린팅 기술이 의료기술 발전에 도움을 줄 것으로 기대한다.

Abstract ▼ AI-Helper

In order to prevent and treat a patient's disease, the anatomical structure of the lesion through medical imaging is one of the important processes. However, there is a limit to the image displayed on the screen, so many studies are underway to overcome this by using 3D printing technology. To this ...

In order to prevent and treat a patient's disease, the anatomical structure of the lesion through medical imaging is one of the important processes. However, there is a limit to the image displayed on the screen, so many studies are underway to overcome this by using 3D printing technology. To this end, this study implemented a three-dimensional cardiovascular model using actual patient image data, printed it out using a 3D printer, and conducted a usefulness test on current medical professionals. As a result of the usefulness evaluation, when the questionnaire conducted by a total of 5 people was converted to the Likert scale, the average value of all items showed a high result of 4.83 points, and the result of the cross-analysis was (P) = 10.000 (0.265), which was equally positive among all the questionnaires survey results were presented. Based on the results, it is expected that 3D printing technology will help advance medical technology.

주제어

표/그림 (6)

그림 Fig. 1. 3D Slicer Segmentation Operation and STL File Conversion.
그림 Fig. 2. Cardiac and Blood Vessel Model Making. (a) Normal Heart, (b) Atrial Septal Defect, (c) Normal Aorta, (d) Aortic Aneurysm, (e) Normal Vena Cava Model.
그림 Fig. 3. Coronary artery stenosis and occlusion model fabrication. (a) Left Anterior Descending Coronary Artery(LAD) Stenosis, (b) Left Circumflex Coronary Artery(LCx) Stenosis, (c) Right Coronary Artery(RCA) Stenosis, (d)Left Anterior Descending Coronary Artery(LAD) Blocking, (e) Left Circumflex Coronary Artery (LCx) Blocking, (f) Right Coronary Artery (RCA) Blocking Model.
표 Table 1. Normal and Diseased Cardiovascular Fabrication Sites for Usefulness Evaluation
표 Table 2. Usability evaluation items and average score of 5 specialists.
표 Table 3. Chi-square value using the scoring result using the Likert scale.

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 임상에서 사용되는 의료 영상 데이터와 3D 프린트 기술을 활용하여 심혈관 모델을 제작하였고, 의학전문가가 제작된 심혈관 모델의 유용성 테스트를 진행하여 해부학 및 병리 평가 가능성을 검증한다.

제안 방법

3D 심혈관 제작 모델을 위해 MDCT에서 수집한 심혈관 영상 Dicom File을 3D Slicer Program을 이용하여 Fig. 1과 같이 심혈관 내강을 분할하고, 후처리를 통해 모델링을 재구성하여 STL형식으로 변환하여 Polyjet방식 3D프린터 (Object260 connex, Stratasys, U.S.A)를 사용하여 Agilus 재료를 사용하여 정상심장, 심방중격결손, 대정맥, 정상대동맥, 대동맥류와 관상동맥협착, 관상동맥폐색 심혈관 모델을 제작하였다.
본 연구는 실제 환자 영상데이터를 통해 3D 심혈관 모델을 제작하고, 제작된 모델과 영상 데이터를 비교하고, 임상의를 통해 유용성 평가를 진행하였다.
우리는 실제 환자 영상데이터를 활용하여 3D 심혈관 모델을 제작하고 이를 영상의학 전문가에게 정상 심장, 심방중격결손, 정상 대동맥, 대동맥류, 정상 대정맥, 관상동맥협착, 관상동맥 폐색의 유용성 평가를 진행하였다.

대상 데이터

2015년 이후 경북대학교병원에 내원하여 심혈관 CT 촬영을 한 정상 및 질환을 갖는 20세 이상에서 95세 미만 환자 11명의 CT 영상 데이터를 활용하여 실험모델을 제작 및 평가하였다(Table 1).

데이터처리

임상에 종사중인 영상의학과 전문의 5인을 대상으로 유용성 평가 결과 Table 2와 같이 해부학적 구조 및 유용성에 대하여 높은 점수로 활용가치가 있다고 평가하였다. 또한 각 설문자간의 유용성 평가의 차이를 알아보기 위해 교차분석을 실시하였다.

성능/효과

3D프린팅 기술을 활용하여 병변의 해부학적 구조를 파악하는데 있어 전반적으로 구조물을 판단하는데 효과적이며 유용성이 인정된다는 결과를 얻었다. 하지만 아직 관상동맥과 같이 실제로 크기가 병변은 내강 정보를 파악하는 데 제한이 있다는 의견과 모델 제작에 질감과 탄성력 등이 묘사된다면 더욱 범용성이 높은 교육 및 시뮬레이션 도구로 사용될 수 있다고 평가하였다.
유용성 평가 결과 3D프린팅을 활용하여 병변의 해부학적 구조를 파악하는데 긍정적인 결과를 얻게 되었다. 이를 통해 의료진 교육과, 환자 진단에 적용하게 된다면 보다 향상된 의료진 육성과 환자진단을 통해 의료 발전에 기여 할 수 있을 것이다.

후속연구

병변의 해부학적인 구조 파악 또한 질환을 치료 및 예방에 있어 중요한 과정중 하나이다. 그러므로 3D 프린팅 기술을 이용하여 병변을 파악하는데 있어 영상의 한계점을 극복하는 방법은 또 다른 의료서비스를 제공할 수 있을 것이다.
유용성 평가 결과 3D프린팅을 활용하여 병변의 해부학적 구조를 파악하는데 긍정적인 결과를 얻게 되었다. 이를 통해 의료진 교육과, 환자 진단에 적용하게 된다면 보다 향상된 의료진 육성과 환자진단을 통해 의료 발전에 기여 할 수 있을 것이다.
추후 재료연구를 통해 실제 심혈관과 동일한 물성의 출력물을 제작할 수 있다면 의료진과 환자 모두에게 도움이 될 것이다.

참고문헌 (13)

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