소개글
"3d 프린팅 기술을 이용한 의료"에 대한 내용입니다.
목차
1. 4차 산업혁명과 의료기술
1.1. 인공지능(AI)을 이용한 의료
1.2. 3D 프린팅
1.3. 의료용 로봇
1.4. 생명공학 기술
2. 4차 산업혁명 이후 의료와 인간의 미래
2.1. 증강 의학
2.2. 미래 한국 의학
2.3. 생명공학과 윤리적 문제
3. 3D 바이오프린팅 실험
3.1. 실험 목적
3.2. 실험 재료 및 방법
3.3. 실험 결과 및 고찰
4. 의료분야에서 3D프린터 활용
4.1. 치과 의료기기
4.2. 생체이식용 의료기기
4.3. 맞춤형 의료기기
5. 자가치아이식과 3D프린팅
5.1. 자가치아이식의 필요성
5.2. RP 방식을 이용한 자가치아이식
5.3. 골삭제 가이드 제작
6. 유전치 수복과 3D프린팅
6.1. 유전치 수복의 문제점
6.2. CAD/CAM을 활용한 맞춤형 유전치 수복
7. 불소 도포와 3D프린팅
7.1. 불소 바니시의 한계
7.2. 맞춤형 불소 제제 개발
8. 참고 문헌
본문내용
1. 4차 산업혁명과 의료기술
1.1. 인공지능(AI)을 이용한 의료
인공지능(AI)을 이용한 의료는 인간의 언어, 즉 자연어를 이해하고 판단하는 능력을 가진 인간 친화적인 인공지능 슈퍼컴퓨터 '왓슨(Watson)'을 중심으로 발전하고 있다. 왓슨은 1600만 페이지 분량의 여러 논문과 의료서적들을 기계학습(Machine Learning) 한 후 별도의 교육처리과정을 거쳐 의료적 판단을 스스로 내릴 수 있는 인공지능 의사로 발전하였다. 현재 왓슨은 암 진료가 가능하며, 환자의 개인적 특성에 따른 맞춤진료를 행하고 있다.
왓슨은 2012년 폐암 진료를 시작으로 가동되었고, 학습의 결과 백혈병(白血病)에 대한 진료능력도 갖추게 되었다. 본격적으로 임상 진료에 사용된 것은 2015년으로 근래의 일이지만, 그 효용성을 인정받아 국내에서는 2016년 가천대학교 길병원에서 처음으로 도입되었다. 왓슨과 같은 '자율형 의료 로봇(자율형 인공지능 시스템 장착)'을 활용하여 의료적 판단을 내렸을 경우, 그 책임소재에 대한 윤리적 문제가 대두되고 있다.
의학은 물리나 수학 공식처럼 딱 맞아떨어지지 않는 학문이기 때문에, 대규모의 데이터에 기반하고 빠른 연산 능력으로 무장한 기계가 평범한 의사보다 더 저렴하면서도 객관적이고 정확할 수 있다는 주장이 설득력 있다. 하지만 인간인 의사로서 가능한 일은 기계가 할 수 있는 일보다 영역에서 우위에 있다. 따라서 AI가 우리의 영역을 '침범'하는 것으로 해석하기보다는 장점을 찾고, 배울 점을 배워 공존하고 협력하려는 자세가 필요하다.
1.2. 3D 프린팅
3D 프린팅은 연속적인 계층의 물질을 뿌리면서 3차원 물체를 만들어내는 제조 기술로, 1984년에 개발되었다. 3차원 프린터는 일반적으로 기존 잉크젯 프린터에서 쓰이는 것과 유사한 적층 방식으로 입체물로 제작하는 장치를 말하며, 컴퓨터로 제어되기 때문에 만들 수 있는 형태가 다양하고 다른 제조 기술에 비해 사용하기 쉽다.
3차원 프린팅은 크게 적층형과 절삭형의 두 가지 방식으로 나뉜다. 적층형은 가루나 액체를 굳혀가며 한 층씩 쌓는 방식으로, 비교적 복잡한 모양을 만들 수 있고 제작과 채색을 동시에 진행할 수 있다는 장점이 있다. 하지만 완성품의 표면이 매끄럽지 못하여 품질이 상대적으로 떨어진다. 절삭형은 커다란 합성수지를 둥근 날로 깎아가며 모양을 만드는 방식으로, 비교적 매끄럽게 인쇄할 수 있지만, 컵 같은 모양은 날이 들어가지 않아 만들기 어렵다.
일반적으로 CAD 또는 3차원 모델링 소프트웨어를 이용하여 3차원 데이터를 완성하며, 3D 스캐너를 이용해 3차원 데이터를 얻을 수도 있다. 기계가 모델링 과정에서 만들어진 도면을 이용해 물체를 만들어내기 위해서는 STL파일을 읽어 들여 CAD모델에서의 가상적인 단면을 만들어내 액체나 분말 등의 재료의 연속적인 층을 생성한다. 인쇄 과정은 사용 방법과 모델의 크기와 복잡성에 따라 몇 시간에서 며칠 정도의 시간이 소요될 수 있다.
3D 프린터는 기존 잉크젯과 동일한 구동 방식을 이용해 적층 방식으로 찍으므로, XY축 해상도와 함께 각 층의 두께로 해상도가 정해진다. 현재 기술로는 일반적으로 한 층의 두께가 100µm 정도 되고 16µm 정도까지도 표현하기도 한다. XY해상도는 50~100µm 정도이다.
3D 프린팅의 보급이 제3의 산업혁명으로 불리는 이유는, 기계 절삭 및 성형 등 기존의 생산 방식을 탈피하여 일괄된 방식으로 어떤 형태의 제품도 만들어낼 수 있기 때문이다. 치과 등의 의료 분야는 물론, 각종 가정용품을 비롯해 자동차나 비행기 등에 쓰이는 기계장치도 3D 프린터에 의한 생산이 가능하다.
1.3. 의료용 로봇
의료용 로봇은 몇 가지 분류로 나눌 수 있다. 여기서 말하는 로봇은 Watson과 같은 인공지능과 궤를 달리하는 것으로, 물리적 활동이 있는 로봇을 말한다. 크게 몇 가지를 들자면 건강관리 로봇, 인간의 보조 혹은 친구가 되는 로봇, 수술용 로봇을 들 수 있다.
의료 분야의 로봇은 크게 두가지로 나눌 수 있다. 질병의 괴로움을 겪는 환자를 돕는 것, 병원이나 약국, 요양시설과 같은 의료시스템하에서 인간이나 기존 의료기기의 역할을 나누어 맡는 것이다.
질병을 겪는 환자를 도와주는 로봇은 1999년 개발된 Handy 1이 시초이다. Handy 1은 심각한 장애를 겪는 환자들의 작업을 대신해주는 의수의 개념에서 출발하였다. 이는 대중들이 가진 통상적인 로봇의 개념에서 멀다고 볼 수 있다. 하지만 면도, 세수, 양치 등을 돕는 등 기능으로 보면 환자의 삶의 질을 높이는 데에 큰 도움을 줄 수 있었다. 장애를 가진 노인을 돕고 일반적인 작업을 수행할 수 있는 FRIEND와 같은 반자동 로봇에이 나오기까지 했다. 로봇과학은 단기간에 엄청난 발전을 이뤄낸 것이다.
로봇 수술(robotic surgery)은 의사가 수술 도구를 대신하는 로봇을 제어하는 수술의 방법이다. 로봇 수술은 의료행위에서 인간 의사의 역할을 일부 대신해준다. 일반외과, 산부인과, 비뇨기과와 같은 외과계열에서 주로 사용되고 있다. 로봇수술은 내시경이나 복강경 수술 등에 쓰인다. 내시경의 발달로 굵기가 크게 줄었고, 컴퓨터의 발달과 기계학의 발전이 진행되며 수술 분야에서 로봇의 의학적 응용이 시작되었다. 2000년대에 들어서는 수술로봇이 대중화되었으며, Intuitive Surgical 사의 '다빈치 로봇'을 활용한 수술이 활성화되었다.
로봇 수술은 수술 시 작은 구멍만 뚫기 때문에 감염, 출혈의 위험이 적다. 따라서 수술 후 회복이 빠르고 통증도 적어 환자의 만족감이 크다. 내시경을 이용한 3D 영상 지원과 확대 기능을 활용해 정교한 수술이 가능하다. 이는 특히 림프절과 같은 매우 작은 조직의 정밀한 수술시 유용하다. 로봇 팔은 상하좌우와 회전도 가능해 사람 손보다 자유로운 조작이 가능하고, 수술의 완성도가 높아진다. 따라서 수술의 완성도가 높아진다. 그리고 의사의 조작이 기계를 통해 Filter되므로 더욱 안전한 수술을 진행할 수 있으며, 개복 수술에 비해 절개가 작아 흉터가 적어 미용적인 효과 또한 있다.
하지만 단점 또한 존재한다. 수술에 준비 시간이 길기 때문에 응급하게 수술을 하기가 어렵다. 또한 로봇을 조작하면서 촉탁을 할 수 없어 종양의 종류를 정교하게 판별하기 힘들다. 또 기계가 조작에 따라 얼마만큼의 압력을 가하는지 알 수 없어 따로 숙련이 필요하다. 수술 비용 또한 비싸다. 수술에 따라 다르지만 비용이 800만원에서 최대 1400만원에 이른다. 수술 비용이 비싼 이유는 로봇 장비 자체가 가격이 한 대당 30억 가량으로 매우 고가이기 때문이다. 로봇 수술이 주류가 되기 힘든 이유는 이러한 한계점들이 있기 때문이다.
1.4. 생명공학 기술
생명공학 기술은 생명현상을 이해하는 수준을 넘어 생명체의 유전자, 생장, 번식에 직접적으로 개입하는 학문이다. 유전공학은 특히 4차 산업혁명과 밀접한 관련이 있다.
게놈 해독 완료 이후 본격화된 유전공학은 생물정보학의 발전에 힘입어 급속히 발전할 수 있었다. 최근에는 유전자 가위 기술을 이용해 세포나 생명체의 유전자를 원하는 서열로 바꾸는 기술이 실용화되고 있다. 이를 통해 이론적으로는 원하는 형질을 지닌 생명체를 만들어낼 수 있게 되었다. 현재는 윤리적 문제로 인간에 대한 편집은 제한되어 있지만, 동물 실험을 통해 대체장기나 의약품 개발에 활용되고 있다.
유전자 검사를 통해 질병 발병 확률을 사전에 예측할 수 있게 되면서, 개인 맞춤형 예방의학 또한 발전하고 있다. 이미 BRCA1, 2 유전자 검사로 유방암 발병 위험을 파악하고 예방 수술을 받는 경우가 있다. 하지만 유전자 검사 결과에 대한 오해와 부작용에 대한 우려도 함께 제기되고 있다.
생명공학 기술의 발달은 의료 분야에 큰 혁신을 가져올 것으로 기대되지만, 동시에 윤리적, 사회적 문제를 야기할 수 있다. 개인의 자유, 의학의 본질, 계층간 불평등 등의 이슈가 발생할 수 있기 때문이다. 따라서 생명공학 기술의 발전을 이끌어가기 위해서는 과학적 지식과 함께 철학적, 윤리적 고찰이 동반되어야 할 것이다.
2. 4차 ...
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