Artec 3D와 HP가 획기적인 3D 프린팅 보철물 제작을 도운 방법

 

Artec Eva로 Rustin Hughes의 Quatro 보철물 3D 스캐닝

악질적인 혈전으로 오른쪽 다리를 잃은 후 MMA 파이터로 변신한 미 육군 전투 베테랑 Rustin Hughes는 가만히 앉아 좋은 소식이 오기만을 기다리지 않았습니다.

그는 매일같이 재향군인회 병원에서 혹독한 재활치료에 몰두했습니다. 곧 그는 휠체어에서 내려서 두 발로 섰는데, 그중 하나는 보철물이었습니다.

그러나 Hughes는 이 첫 번째 장치에 대해 “마치 5갤런 양동이를 둘러메고 있는 것처럼 끔찍했습니다.”라고 말했습니다.

전 세계의 절단 수술을 받은 사람들 사이에서 흔히 볼 수 있는 일반적인 표준 크기의 흡입 소켓인 의족은 제대로 맞지 않았으며 온종일 Hughes의 절단단 부피가 줄어들면서 느슨해졌습니다.

이것은 하루에도 몇 번씩 다리를 제거하고 다시 장착하는 것을 의미했으며, 일시적으로 잘 맞도록 소켓에 양말 한두 개를 넣는 경우가 많았습니다.

대체로 이 귀찮은 과정은 거의 10분이 걸리므로 Hughes가 경기 사이의 휴식 시간이 1분 정도밖에 되지 않는 운동 경기에 참여하는 것은 거의 불가능합니다.

쓰러졌지만, 좌절하지 않음

절단 수술을 받은 사람, 특히 신체적으로 매우 정밀한 플레이트가 요구되는 사람에 대해 보철물을 느슨하게 하면 불편할 뿐만 아니라, 안전상의 위험도 있었습니다. 길을 걷기 위해 최선을 다하는 동안 Hughes의 새 다리가 한 번 이상 뒤뚱거리며 떨어졌습니다.

좌절과 고통에 휩싸인 Hughes는 자신의 계획과 꿈이 어떻게 될지 모르는 불확실한 미래에 직면했지만 포기하지 않았습니다.

그는 그냥 간단하게 대답하지 않고 기존의 해결책을 제시하지 않는 전문가를 계속 찾았습니다. 그때 그는 콜로라도주 윈저에서 Quorum Prosthetics의 CEO인 Joe Johnson을 만났습니다.

 

새 Quatro 및 라이너를 보고 있는 Joe Johnson(왼쪽)과 Rustin Hughes

Hughes는 "Joe 역시 절단 수술을 받은 사람이기 때문에 제가 겪고 있는 것들, 그것을 말로 표현하는 방법 그리고 제가 있는 곳에서 제가 있어야 할 곳으로 저를 옮기는 것을 어떻게 도와야 하는지 정확히 알고 있었습니다."라고 말했습니다.

Johnson과 Quorum의 그의 팀은 같은 날 Hughes를 위한 테스트 소켓을 만들었습니다. Hughes는 “그들은 나를 돕기 위해 만사를 제쳐두었습니다."라고 회상했습니다.

며칠 후, 그가 첫 탄소 섬유 Quorum Quatro 보철물을 착용했을 때, 그는 “차이가 뚜렷했습니다.”라며 “저의 새 다리는 제 몸의 자연스러운 연장처럼 느껴졌고, 착용감은 완벽했습니다. 거기서부터 제 이동 능력은 엄청나게 좋아졌습니다.”라고 설명했습니다.

Quatro의 도움으로 다시 제어

높은 수준의 운동 경기에서 경쟁하는 데 필요한 뼈 안정화를 가져다주는 소켓 디자인이 몇 개 있지만, 오직 Quatro만이 그것을 종방향 압축과 결합합니다. 이를 통해 사용자는 강력하고 안전한 소켓이 주는 모든 이점을 누릴 수 있으며 동시에 팔다리 부피에 변화를 줄 수 있도록 조절할 수 있습니다.

Quatro는 매우 강하고 가볍고 날렵한 완전 조절식 소켓으로, 단 20초 만에 착용하고 나서 온종일 쉽게 조절할 수 있어 모든 연령대의 활동적인 사람들뿐만 아니라 경쟁하는 운동선수들을 위한 완벽한 솔루션입니다.

 

Quatro의 착용감을 조절하고 있는 Hughes

모든 Quatro는 액세서리, 디자인 및 색상의 선택을 포함하여 환자의 필요에 맞게 완전히 맞춤 제작할 수 있으며 가격은 시중에서 판매되는 다른 인기 있는 보철물과 동일합니다.

이로 따라 Quatro는 전국적으로 증가하는 환자들 사이에서 소문 난 선호하는 보철물이 되었는데 거기에는 그럴 만한 이유가 있습니다. 바로 이동성을 되찾은 것입니다.

Hughes는 “오랫동안 너무 많은 것이 저의 통제 범위를 벗어나 있었습니다. 이제 저는 제가 원할 때마다 소켓을 조여 밀착된 상태를 유지할 수 있다는 것만으로도 완전히 힘을 얻게 됩니다. 제가 있어야 할 곳에서 통제력을 되찾을 수 있기 때문입니다.”라고 설명했습니다.

 

복싱 포커스 미트 트레이닝을 하는 Rustin Hughes와 Quorum의 Joe Johnson

“착용감이 진정 모든 것”

그러나 처음부터 그러한 이상적인 착용감을 달성하려면 각 환자의 장치를 개별적으로 만들어야 합니다.

Quorum Prosthetics의 연구 개발 엔지니어이자 이사인 Sean McClure는 “느긋하든 활기차든 활동 수준과 상관없이 온종일 편안한 착용감을 유지하는 것이 중요합니다. 착용감이 진정 모든 것입니다. 우리는 Artec Eva를 사용한 3D 스캐닝을 통해 그러한 착용감을 달성할 수 있었습니다.”라고 말했습니다.

Quorum이 Eva를 알기 전에 사용한 전통적인 방법은 환자 절단단의 금형을 석고로 주조하는 것이었습니다.

McClure는 “이것은 지저분하고 시간이 오래 걸리는 과정이었고 환자들에게 긍정적인 인상을 절대 주지 못했습니다. 전체 시술은 8시간 이상이 걸렸고, 상당한 양의 재료와 수많은 도구도 사용되었습니다."라고 말했습니다.

 

Eva로 스캔한 절단단 금형을 보여주는 Artec Studio 스크린숏

결과에 만족하지 못한 그들은 3D 스캐닝의 세계에 첫발을 내디뎠습니다. 하지만 그들은 여러 개의 저렴한 3D 스캐너를 테스트해본 후 낙담했습니다.

캡처한 데이터의 정확도와 해상도 모두 Quorum의 기준에 한참 못 미쳤고 스캐너도 석고 금형이나 기존 소켓의 내부를 제대로 스캔하지 못했습니다.

“시도해 봤지만, CAD로 가져올 수 있는 더 나은 품질의 디지털 파일을 제공하고 잘 맞고 제대로 기능을 발휘하는 최종 제품을 설계 및 모델링하기 위해 데이터를 수정하고 정리할 수 없었습니다."라고 McClure는 말했습니다.

작업에 가장 적합한 3D 스캐너 찾기

Joe Johnson이 CU Anschutz Medical Center의 Dr. Cory Christiansen에게 자기 팀의 겪고 있는 어려움에 대해 말했을 때 Dr. Cory Christiansen는 덴버의 Artec 골드 인증 파트너인 Reality 3D에 문의할 것을 권했습니다. Reality 3D의 전문가들은 정형외과, 보철학 및 기타 의료 관련 응용 분야에 수년간의 경험을 가지고 있습니다.

얼마 후 Johnson과 McClure는 Reality 3D의 Matt Filkins를 만나 Artec Eva에 관해 설명을 들었습니다.

 

Artec Eva

지금까지 몇 년 동안 Artec Eva는 보철사들과 의료 분야의 다른 많은 사람이 쉽게 선택하는 스캐너였으며 그럴만한 이유가 있었습니다. Eva는 1mm 이하 범위의 정확도와 초보자와 전문가 모두를 즐겁게 하는 사용 편의성으로 모든 종류의 표면, 특히 인체의 표면을 캡처하는 능력을 거듭해서 입증했습니다.

처음에는 스캐너 가격 때문에 망설였던 McClure는 시연 시작 몇 분 만에 Eva를 사용하여 작업 흐름을 간소화하면 재료 비용도 크게 절감할 수 있고 장치가 2개월 이내에 비용을 회수할 수 있다는 것을 알았습니다.

그래서 그들은 구매를 진행했고 한 번도 이를 후회해 본 적이 없습니다.

 

Eva로 스캔한 금형 위 체크 소켓의 Artec Studio 스크린숏

결과는 경이적이었습니다. McClure는 “3D 스캐닝 및 프린팅으로 전환하고 나서 각 Quatro를 만드는 데 걸리는 시간이 75%나 단축되었습니다.

절약된 모든 시간과 재료를 볼 때, 이제 이전과는 다른 방식으로 시장을 확장하고 있다는 점은 말할 것도 없고 이러한 신기술의 손익분기점도 이미 훨씬 넘어섰습니다."라고 말했습니다.

Artec Eva를 통한 모든 프로젝트의 시간 절약

McClure는 이어서 "석고 금형을 제대로 만드는 데 몇 시간이 걸린 것에 비해 Eva를 사용하면 몇 분 만에 전체 스캔을 완료할 수 있습니다"라고 말했습니다.

McClure는 “우리의 방법과 이해력이 발전함에 따라 시간이 훨씬 더 줄어들 것으로 기대합니다. 스캔은 믿을 수 없을 정도로 정확하며, 이는 유한 요소 분석(FEA)을 위해 Eva의 3D 모델을 활용할 수 있는 이점을 제공합니다."라고 말했습니다.

 

Eva를 사용한 Rustin의 Quatro 스캔의 Artec Studio 스크린숏

필요한 시간은 환자마다 다르며 스캔 중인 물체(기존 금형, 소켓, 절단단 자체 등)에 따라 다릅니다.

평균적으로 스캔을 시작하고 Artec Studio 소프트웨어에서 처리한 다음 Geomagic Freeform으로 완전한 STL 파일로 내보내는 데 30분에서 1시간이 걸립니다.

Geomagic Freeform에서 Quatro를 디지털 방식으로 생동감 있게 조각

Freeform에서는 모든 STL 모델이 프로젝트를 위해 합쳐집니다. 여기에는 환자의 절단단, 기존 소켓, 진단 소켓 및 Quatro에 필요한 기타 필수 구성 요소의 주조 금형 스캔이 포함됩니다.

이 단계에서는 이러한 모델이 각 위치에 배열되기 전에 장치의 여러 구조 요소를 생성하기 위한 참조 가이드로 사용되기 때문에 Eva 스캔의 1mm 이하 정확도가 가장 중요합니다.

거기에서 4개의 패널을 통한 Quatro의 4개의 조절 가능한 압축 영역은 디자이너가 지정한 정확한 위치에서 소켓에 쉽게 정렬됩니다.

 

Quatro 디자인의 Geomagic Freeform 스크린숏

패널 크기와 모양은 환자의 절단단 치수와 필요한 압축 유형 및 조절 가능성에 따라 맞춤 제작할 수 있습니다.

패널은 Freeform에서 있는 기존 CAD 도구를 사용하여 신중하게 모델링됩니다. 이 단계 이후 HP Jet Fusion 4200에서 모든 구성 요소를 3D 프린팅한 후 15분 만에 전체 소켓을 조립할 수 있습니다.

“현재 스캔에서 환자의 Quatro를 완성하는 데 약 2주가 걸립니다. 프로세스를 개선하게 되면 그 기간을 며칠로 단축할 수 있을 것으로 기대하고 있습니다."라고 McClure는 말했습니다.

팩보다 훨씬 우수

Quatro는 상대적으로 시장에 새로 나온 제품이지만 초기 피드백과 연구에 따르면 동급의 기존 장치보다 내구성이 훨씬 뛰어나고 수명이 더 긴 것으로 나타났습니다.

 

작동 중인 Hughes의 최신 Quatro

장치의 손이 닿기 쉬운 다이얼을 통해 온종일 착용감을 편리하게 조절할 수 있는 기능을 통해 환자는 편안함과 안정성을 완전히 제어할 수 있습니다.

이로써 3D 프린팅된 부품의 우수한 강도 및 가벼운 무게와 맞물려 향후 수년간 환자들이 착용할 수 있는 소켓이 만들어집니다.

국경과 대륙을 넘어 시장 확장

그러나 Quorum의 업무에 대한 이점은 충성도가 높은 많은 고객이 누리는 이점을 훨씬 능가합니다. McClure는 “우리는 Eva 덕분에 북부 콜로라도 훨씬 너머까지 시장을 개척할 수 있었습니다. 오늘날 Quorum 보철사와 기술자가 더 이상 환자와 함께 방에 있을 필요가 없습니다.”라고 말했습니다.

그는 이어서 “전 세계 어디에 있는 시설에서든 3D 스캐닝 기술을 활용하여 우리에게 설계 및 프린팅용 모델을 보낼 수 있습니다. 이는 우리가 제조업체로서만 사업을 수행하고 이 기술을 나라 전체와 전 세계로 확산시킬 수 있다는 것을 의미합니다.”라고 말했습니다.

Quatro가 완벽하게 착용되도록 다이얼로 조절할 수 있는 Hughes는 이제 그 어느 때보다 활동적이며 링에서 겨루기도 하고 모든 연령대의 장애인에게 독점적으로 적응형 비접촉 무술을 가르치는 비영리 단체인 B-BOLD를 운영하고 있습니다.

 

적응형 복싱 교실의 Rustin Hughes(왼쪽)

O&P 분야에서 계속 높아지는 3D 스캐닝에 대한 요구

Reality 3D의 Matt Filkins는 보조기 및 보철(O&P) 분야에서 기술의 잠재력에 대해 "재향군인회 병원 시스템과 환자층을 급증하는 수요의 한 예로 본다면 수천 명의 고령 재향 군인들과 그중 남은 생애 동안 보살핌이 필요한 절단 수술을 받은 사람들을 볼 수 있습니다. 환자가 것을 볼 수 있습니다.”라고 말했습니다.

그는 이어서 “3D 스캐닝 및 프린팅은 O&P 공급업체에 탁월한 정확도와 환자의 편안함, 낮은 재료비 및 인건비, 사무실 방문 횟수의 감소, 탁월한 설계 가능성 등 기존의 제작 방법으로는 도저히 제공할 수 없는 것을 제공합니다.”라고 말했습니다.