Thomas More, 새로운 AI 및 Artec 3D 스캐닝을 통해 보철 맞춤 제작 자동화 구현

Thomas More 연구원이 Artec Leo를 사용하여 다리를 3D 스캔한 환자

기형을 가지고 태어났든, 질병이나 사고로 삶이 바뀐 희생자이든, 팔다리가 없는 사람들은 대부분의 사람들이 감당하지 않아도 되는 일상적인 장애를 겪습니다. 이러한 장애는 물건을 들거나 옮기는 등의 일상적인 작업을 할 때 발생할 뿐만 아니라 사회적 불안이나 환상지통으로 고통받는 환자들 사이에서 정신적인 형태로 나타날 수 있습니다.

현재 절단 환자가 보철물을 선택할 때 전통적인 석고 주조를 통해 소켓을 장착하는 경향이 있습니다. 팔다리의 일부분을 수작업으로 측정하는 이 과정은 시간이 많이 걸리고 환자가 빨리 불편해질 수 있습니다. 많은 경우, 결과물인 깁스도 보관하지 않기 때문에 나중에 유용하게 쓸 수 있는 측정값이 손실되고, 클리닉에서는 값비싼 석고 재료를 버리는 경우가 종종 있습니다.

다행히도 Thomas More Mobilab & Care 연구소의 연구원들과 같은 연구원들은 임상의가 덜 침습적이고 쉽게 보철물을 맞춤 제작할 수 있는 새로운 방법을 계속 모색하고 있습니다. Artec 3D 스캐닝의 도움으로 이제 연구원들은 획기적인 발전을 눈앞에 두고 있는 것으로 보입니다.

보철 설계의 디지털화

벨기에 소도시 겔에 본사를 두고 있는 Mobilab & Care 연구팀은 돌봄이나 지원이 필요한 사람들의 삶의 질을 개선하는 데 전념하고 있습니다. 이 팀은 지난 16년 동안 정형외과 의사와 환자가 소통하는 방식을 연구하고 더 나은 맞춤형 기기를 만들기 위한 새로운 접근 방식을 모색해 왔습니다.

연구원들이 시도한 여러 방법 중 하나는 3D 스캐닝과 3D 프린팅과 같은 고급 기술의 도움을 받는 것입니다. 연구팀에 따르면 보철물, 소켓, 팔다리를 환자에게 맞춤 제작하는 과정을 디지털화하면 더 자유롭게 창의적으로 설계하고 훨씬 더 빠르게 제조할 수 있습니다.

명목상으로는 Thomas More University of Applied Sciences(토마스 모어 응용과학 대학)의 연구 그룹이지만 Mobilab & Care 팀은 정형외과 회사, 병원 및 학술 기관과 많은 제휴를 맺어 아이디어를 시험해 볼 수 있었습니다. 지금까지 이 프로젝트는 임상 및 학술 환경에서 진행되었으며, 연구원들은 임상의 및 환자와 협력하여 손, 손목 및 기타 손상된 팔다리를 위한 맞춤형 보철물과 보조기를 개발했습니다.

다른 프로젝트에서 Artec Leo를 사용하는 Thomas More Mobilab & Care 연구원들

이 이니셔티브의 초기 단계에 Mobilab & Care 연구원이자 비즈니스 개발자인 Tom Saey는 임상의가 가장 자주 사용하는 3D 스캐너와 실제로 필요한 3D 스캐너 사이에 격차가 있음을 확인했다고 말합니다.

Saey는 "우리는 보조기 업계가 한동안 3D 스캐너를 보조기를 3D 프린팅하는 것이 아니라 포지티브 모델을 가공하는 데만 사용해 왔다는 사실을 알게 되었습니다. 하지만 당시에 사용된 대부분의 스캐너는 이러한 가공 시스템과 함께 제공되는 소프트웨어 공급업체에서 판매했습니다. 우리는 이러한 스캐너도 살펴보았지만 곧 한계에 부딪혔습니다."라고 Saey는 설명했습니다.

Saey와 그의 동료들은 이러한 연구 결과를 바탕으로 더 나은 대안을 모색하기 시작했습니다. 처음에 그의 팀은 Artec Eva로 팔다리 스캐닝에 성공했지만, Saey는 Artec 앰배서더인 4C Creative CAD CAM Consultants가 무선 AI 기반 Artec Leo를 소개한 날부터 내장형 디스플레이가 이러한 노력을 한 단계 더 발전시키는 데 도움이 될 것이라는 것을 분명히 알 수 있었다고 말합니다.

Saey는 "학생들과 함께 유선 스캐너를 사용했을 때 스캔하는 동안 컴퓨터 화면을 보는 것이 어렵다는 것을 알았습니다. 많은 사람들에게 그것은 큰 단점입니다. 또한 환자를 스캔할 때 환자 주위를 이동해야 하는 경우 선이 없으면 항상 더 쉽게 스캔할 수 있습니다. 이것이 우리가 Leo를 채택한 두 가지 주된 이유입니다."라고 말했습니다.

연구원들은 Artec Leo의 내장형 디스플레이가 이 제품을 구입한 주요 이유 중 하나라고 말합니다

4C Creative CAD CAM Consultants의 이사인 Edwin Rappard는 3D 스캐닝의 3D 스캐닝의 비접촉 특성이 지저분한 주조에서 디지털 측정으로 전환하는 데 이상적이라고 생각합니다.

Rappard는 “스캐너를 사용하여 정확한 측정을 할 때의 가장 큰 장점은 환자를 전혀 만질 필요가 없다는 것입니다. 그래서 훨씬 더 편리합니다. Artec Eva 및 Leo를 사용하면 귀중한 측정값을 전자적으로 보관하고 저장할 수 있어 석고가 폐기물로 버려질 때 손실되지 않습니다. 이는 석고로 측정하는 것과 비교할 때 큰 이점입니다.“라고 말했습니다.

AI로 스캐닝 자동화

Artec Leo를 채택한 후 Mobilab & Care 팀은 벨기에 회사인 Orthobroker와의 연구 프로젝트의 일환으로 하지 보철물 설계를 위한 예측 모델을 개발하기 위해 이를 신속하게 활용했습니다. Saey에 따르면 이러한 장치는 현재 "많은 CAD 소프트웨어 작업"과 수동 수정이 필요한 프로세스에서 매번 "맨 처음부터 설계"해야 합니다.

그러나 이러한 변화 대부분은 많은 환자에게 유사하기 때문에 연구원들이 사용하는 AI 알고리즘은 이를 자동으로 예측하고 변경할 수 있다고 합니다.

그렇다면 소프트웨어는 이것을 수행하는 방법을 어떻게 학습했을까요? 바로 여기에서 Artec 3D 스캐닝의 역할이 시작되었습니다.

팀은 Eva와 Leo 장치를 모두 사용하여 수많은 절단 환자의 신체를 정확하게 캡처한 후 생성된 3D 메시를 자유형 모델링 도구로 가장 잘 알려진 CAD 소프트웨어인 Rhino 3D로 내보낼 수 있었습니다. 모델을 가져온 후에는 모델의 주요 특징을 추출하여 예측 보철물 맞춤 제작 모델을 학습시키는 데 사용했습니다.

아직 Orthobroker에서 연구 개발 중이지만, 이 알고리즘이 완성되면 보철 소켓 설계를 가속화하는 데 사용할 수 있는 플랫폼에 통합될 것이라고 합니다.

팀은 앞으로 속도, 정확도 및 접근성이 3D 스캐닝 채택을 주도할 것이라고 생각합니다

Saey는 "임상의가 일반적으로 하는 일은 최종 보철물을 제작하기 위해 주형을 사용하기 전에 이를 수정하는 것입니다. 하지만 그들이 하는 수정의 95%는 많은 환자들에게서 비슷합니다 우리는 환자의 절단 부위 스캔과 일부 다른 매개변수를 기반으로 이를 예측하기 시작했습니다. 이렇게 하면 우리는 컴퓨터 앞에 몇 시간씩 앉아 있어야 하는 기존 방식을 피할 수 있고, 환자 스스로 작은 환자 특성에 맞는 변화를 만들어낼 수 있습니다."라고 말했습니다.

3D 스캐닝의 의료적 미래

Orthobroker가 이 AI 주도 예측 모델을 계속 미세 조정하는 동안 Mobilab & Care 팀은 모든 곳에 있는 절단 환자들의 삶을 개선할 수 있는 더 많은 방법을 찾기 위한 연구를 재개했습니다. 3D 스캐닝과 관련해서 Saey는 이 기술이 중요한 역할을 한다고 주장하면서도 스캐너가 광범위하게 채택되려면 빠르고 정확하며 쉽게 사용할 수 있어야 한다고 말합니다.

Saey는 경험을 통해 Artec 3D 스캐닝이 이러한 각 영역에 모두 적합하다는 것을 알게 되었습니다. 그는 Artec Studio에서 스캔을 처리할 때 "프레임 안으로 들어가서 무엇이든지 원하는 것을 할 수 있는" 심층적인 방식이나 많은 수의 환자를 스캔해야 하는 의사에게 이상적인 기능인 프로그램의 Autopilot로 이 단계를 자동화할 수 있는 방식이 특히 마음에 든다고 말합니다.

나아가 Saey는 Artec Leo가 현재 임상의가 사용하는 장치와 비교할 수 없는 수준의 속도와 정확도로 환자의 신체를 측정할 수 있기 때문에 보철 맞춤 제작 도구로서도 확고한 입지를 확보했다고 생각합니다.

Saey는 "업계에서는 많은 기업이 더 저렴한 대안을 찾고 있지만, 이러한 대안으로는 동일한 고품질 스캔을 기대할 수 없기 때문에 기업은 이러한 대안의 단점을 알아야 합니다. 정확도가 필요한 경우, 기기를 3D 프린팅하고 잘못된 스캔으로 시작하면 결과물도 나빠지기 때문에 제대로 된 스캐너를 사용하는 것이 중요합니다. 따라서 이를 잘 따져보는 것이 중요한 첫 단계라고 생각합니다."라고 결론지었습니다.

"의료 분야에서는 Artec 3D 스캐닝을 확실히 더 많은 용도로 사용할 수 있습니다. 거의 모든 보조기 맞춤 제작에서 3D 스캐닝의 이점을 누릴 수 있다고 생각합니다."