국내 연구진이 3D프린팅으로 환자의 심혈관 모형을 만들어 심장 혈류를 재현한 뒤 4D 자기공명영상(MRI)로 촬영해 대동맥 혈류의 방향과 속도를 분석하는데 성공했다.
 
 서울아산병원 김남국·양동현 교수와 포스텍 하오진·이상준 교수 공동 연구팀은 심장 판막에 협착이 있는 환자의 심혈관 모형에서 대동맥 혈류가 나선형(helical)으로 흐르는 것을 확인했다고 19일 밝혔다. 또 판막이 오른쪽으로 협착된 경우 나선형 대동맥 혈류 속도가 최대 2배까지 높아진다는 사실도 밝혀냈다. 

 대동맥 혈류의 진행 방향과 속도를 정확히 분석해 비정상적인 대동맥 혈류를 잡아 낼 수 있게 됨에 따라 각종 심혈관 질환의 예측 및 진단에 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다. 정상적인 대동맥 혈류는 일직선 방향으로 곧게 흐른다. 하지만 대동맥 혈류가 회오리치듯이 나선형으로 흐르면 혈관 벽에 지속적인 부담을 줘 대동맥 확장이나 심한 경우 파열에까지 이를 수 있기 때문에 주의가 필요하다.

 

 지금까지는 대동맥 혈류 흐름을 정확하게 볼 수 있는 방법이 없었다. 이 때문에 비정상적 대동맥 흐름을 포착해내기 어려웠고 발생원인도 명확하게 규명되지 않아 정확한 진단이 힘들었다.  

 최근 몸 속 움직임을 시간대별로 볼 수 있는 4D 유동 자기공명영상(4D Flow MRI) 기술의 발전으로 혈류의 흐름을 조금씩 볼 수 있게 됐지만 아직 정확한 분석은 어려운 상황이다. 하지만 연구팀은 4D 유동 자기공명영상으로부터 얻은 이미지를 시각화하고 속도 등 다양한 유체역학적 수치로 변환할 수 있는 소프트웨어를 자체적으로 개발했다. 여기에 3D프린팅 기술을 접목해 문제를 해결했다.

 

 3D프린팅으로 환자의 실제 심혈관 구조와 똑같은 시뮬레이션 모형을 만들어 실제 대동맥 혈류를 재현, 이를 자기공명영상으로 촬영한 뒤 유체역학에 입각해 분석하는 방식으로 혈류의 진행 방향, 속도 등의 자세한 데이터를 얻었다.

양동현 서울아산병원 영상의학과 교수는 "심장 판막의 구조에 따른 혈류변화를 눈으로 보고 정확한 수치로 나타낼 수 있게 됨에 따라 앞으로 심혈관질환의 진단 및 예측에 도움이 될 수 있을 것"이라고 설명했다.

 김남국 서울아산병원 융합의학과 교수는 "이번 연구 결과를 활용해 환자의 심혈관 구조를 3D 프린팅으로 재현하고 판막 시술·전 후의 혈류역학적 변화를 시뮬레이션해 보다 정확한 환자 맞춤형 치료가 이루어질 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.
 
 포스텍 하호진 교수는 "유체역학과 의학간 융합연구의 첫 걸음이 성공적으로 이루어진 만큼 이번 연구결과를 시작으로 앞으로 다양한 혈관 질환의 새로운 진단 및 치료 기법에 대한 연구가 더욱 활발히 진행되길 바란다"고 말했다.

이번 연구결과는 네이처 자매지인 '사이언티픽 리포트'지(인용지수 5.578) 온라인판에 최근 게재됐다.