[3D익스피리언스월드] 생명과학까지 파고든 버추얼 트윈, `디지털 장기`의 효용성은?

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[3D익스피리언스월드] 생명과학까지 파고든 버추얼 트윈, '디지털 장기'의 효용성은?

디지털데일리 발행일 2023-02-15 09:08:36

내슈빌(미국)이상일

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[디지털데일리 이상일기자] 제조 기업의 연구개발(R&D)과 디자인, 제조 분야에서 폭넓게 활용되고 있는 ‘버추얼 트윈’이 생명과학에도 빠르게 접목되고 있다.

특히 기계 등 산업 제조 분야에서 발전해 온 버추얼 트윈은 이제 인간의 심장, 뇌 등 다양한 장기를 가상으로 구현해 실제 수술시 도움을 줄 수 있도록 진화하고 있어 주목된다.

2월 12일(이하 현지시각)부터 15일까지 미국 테네시주 내슈빌에서 개최되고 있는 ‘3D익스피리언스 월드 2023’ 행사에서 다쏘시스템은 인체의 버추얼 트윈을 활용한 혁신 의료 기술과 활용 방안을 발표했다.

버나드 샬레(Bernard Charlès) 다쏘시스템 회장 및 최고경영자(CEO)는 “디지털 기술이 임상적으로 도움이 된다는 증거를 확보하기 위해 과학적 모델을 만드는 것이 중요하다고 보고 대규모 투자를 이어왔다”며 “다쏘는 생명공학을 전통적인 산업군과 연결할 것이다. 물리적 환경을 개선하는 것이 우리의 목표 중 하나인데 이 역시 그러한 일환으로 우리의 핵심 사업과 밀접한 연관을 갖는다”고 밝혔다.

다쏘시스템의 생명공학 분야의 대표적인 사례는 ‘리빙하트’(Living Heart)와 ‘리빙 브레인’(Living Brain) 프로젝트다.

해당 모델들은 심장과 뇌를 증강현실로 구현한 모델로, 미래의 환자 상태를 재현하고, 치료 방안을 테스트하는 용도로 사용된다. 의사 등 의료진은 3D 프린팅 된 심장의 단면 및 작동 방식을 자세하게 확인할 수 있다.

보스턴 아동 병원 데이빗 호간슨 박사(Dr. Hoganson)는 “3D익스피리언스 플랫폼을 사용해 수술 전 계획 및 수술 안내를 시뮬레이션 도구를 활용해 환자에게 직접 설명 및 확인시켜준다. 또한 수술 계획 및 연습을 미리 진행해볼 수 있다”고 밝혔다.

그는 “리빙 하트는 일종의 디지털 심장이라고 할 수 있다. 심장의 생리학적, 기능적 연관 측면에서 세포, 근육, 핏줄 등을 만들어 심장을 더 잘 이해하는데 목적을 두고 있다. 이를 위해 항공우주 분야의 툴 등 다양한 기술을 사용해 응용하고 있다”고 소개했다.

심장 뿐만 아니라 심장과 연관이 있는 다양한 장기와의 상호연관성을 파악한다

호간슨 박사는 “아동 심장외과 분야는 선천적 심장장애, 결함이 있는 아이들의 수술을 많이 하는데 사전 시뮬레이션을 통해 실수를 줄인다. 외과의로선 이것은 혁신적이라고 말할 수 밖에 없다. 수술 방법을 컨셉단에서 만들고 검증하는 기술은 다쏘시스템밖에 없다고 본다”고 말했다.

심장에는 다양한 미세혈관, 전기적 흐름을 가지고 있는 부분 등으로 이뤄져 있다. 특히 아동 심장의 경우 작기 때문에 수술이 더 어렵다는 설명이다. 호간슨 박사는 “수술시 절대 건드리면 안되는 부분이 있어 정교한 접근이 필요하다. 특히 수술 중에는 여러 가지 의사 결정을 바로 해야 해 완벽한 수술을 위해선 사전에 꼼꼼하게 계획하고 접근해야 하는데 여기에 버추얼 트윈 기술이 도움이 되고 있다”고 밝혔다.

호간슨 박사에 따르면 컴퓨터 단층촬영(CT)이나 스캔 만으로 심장질환의 복잡성을 100% 구현할 수 없다. 보스턴 아동 병원은 보다 세부적인 품질로 사전작업을 하기 위해 3D 프린팅을 통해 심장을 만들기도 했는데 지금은 중단한 상태다. 버추얼 트윈으로 구현된 심장이 3D 프린팅 결과물보다 월등했기 때문이다.

한편 리빙하트팀에선 수년동안 연구를 통해 심장에 대한 버추얼 트윈을 만들어냈으며 뇌를 버추얼 트윈으로 구현하는 ‘리빙 브레인’으로 확장하고 있다. 호간슨 박사는 “3D로 장기뿐만 아니라 장기들이 서로 어떻게 연계되고 상호작용되는지도 확인한다. 심장과 폐는 긴밀하게 연결돼 있는데 버추얼 트윈 모델을 통해 어떻게 상호작용 하고 영향을 주는지 알아가고 있다”고 밝혔다.

뇌 모형 역시 터치 스크린에 연동되는 버추얼 트윈을 통해 각 부위의 기능을 확인하며, 방문자들은 화면을 통해 ▲트라우마 ▲뇌종양 ▲알츠하이머 ▲간질 ▲뇌졸중 등을 진단하고 치료하는 방법을 확인할 수 있다는 설명이다.