KLS Martin, 산업용 3D 프린팅을 활용한 맞춤형 수술 확대
외과의들이 외상, 종양 절제술 또는 심각한 골 손실 후 환자의 턱을 재건할 때, 기능과 환자의 삶의 질 모두에 있어 1밀리미터도 매우 중요합니다. 독일 투틀링겐에 본사를 둔 세계적인 의료기기 제조업체인 KLS Martin은 바로 이 원칙을 바탕으로 IPS Implants® 제품 라인을 구축했습니다. 즉, 환자 본인의 CT 데이터를 활용해 수술을 가상으로 계획한 뒤, 그 계획을 수술실로 그대로 구현할 수 있는 폴리아미드 드릴링 및 마킹 가이드와 함께 완벽하게 맞는 티타늄 임플란트를 제작하는 방식입니다.
이 워크플로는 새로운 것도, 실험적인 것도 아닙니다. KLS Martin은 10년 넘게 EOS 기반의 맞춤형 수술 가이드 생산을 진행해 왔으며, 임상 적용이 확대됨에 따라 생산 능력과 생산량을 지속적으로 늘려왔습니다.
티타늄 임플란트는 체내에 남아 있는 부품입니다. 하지만 치료 계획을 실제로 실행 가능하게 만드는 것은 가이드이며, 바로 이 부분에서 적층 제조 기술이 맞춤형 치료의 경제성을 변화시킵니다. KLS Martin은 수술용 가이드 제작에 EOS의 선택적 레이저 소결 (SLS) 기술과 PA 2200 소재를 활용합니다. 그 결과, 임상적 정밀성과 경제적인 일회용 생산이 더 이상 상충 관계에 놓이지 않는 워크플로가 구현되었습니다. 각 가이드는 개별 환자의 해부학적 구조에 맞춰 제작되며, 단 몇 분 만에 출력되고, 임플란트에 요구되는 치수 정확도를 그대로 유지한 채 가상 수술 계획을 수술실로 옮겨줍니다.
도전 과제
맞춤형 턱 재건술은 일반적인 의료기기 제조 과정과는 전혀 다른 생산 워크플로우를 요구합니다. 각 사례는 ‘1개 단위’의 배치로 처리되며, 개별 환자의 해부학적 구조에 기반해 설계된 고유한 임플란트 형상과, 외과의가 가상 수술 계획을 1mm 미만의 정밀도로 실행할 수 있도록 보장하는 맞춤형 드릴링 및 마킹 가이드 세트가 함께 제공됩니다.
이 가이드들은 겉보기보다 훨씬 까다로운 사양을 갖추고 있습니다. 수술 중 절제선을 정하고, 사전 드릴 구멍을 뚫으며, 기증 부위의 골이식편을 이식 부위에 투영하는 데 사용되는 이 가이드들은 가볍고, 멸균이 가능하며, 치수 안정성이 뛰어나면서도 일회 사용 후 폐기할 수 있을 만큼 경제적이여야 합니다.
또한 이 가이드는 해당 티타늄 임플란트와 별도로 제작되기 때문에, 수술실에서 두 부품의 형상이 정확히 일치하도록 기하학적 형상을 매우 정밀하게 유지해야 합니다. 계획, 가이드, 임플란트 간의 편차는 맞춤형 워크플로우에서 절대 용납될 수 없는 요소입니다.
이러한 요소들—즉, 임상 등급의 정밀도, 생체 적합성, 멸균 가능성, 각 부상 및 환자에 맞춰 조정 가능한 설계 유연성, 그리고 일회용으로도 충분히 낮은 단가—를 기존 제조 방식으로는 충족하기 어렵습니다. 이러한 요구 사항 때문에 맞춤형 가이드가 임상적으로 탁월하거나 경제적으로 타당할 수는 있어도, 두 가지를 모두 충족하는 경우는 드뭅니다. KLS Martin은 이러한 모든 요건을 한 번에 충족할 수 있는 가이드 생산 공정이 필요했습니다. 즉, 재현성이 보장되고 산업 규모로 생산 가능하며, 수년간의 임상 사용 기간 동안 지속적으로 증가하는 수술 건수를 감당할 수 있는 방식이어야 했습니다.
“맞춤형 제조에서는 임플란트와 이에 대응하는 가이드 사이에 편차가 있어서는 안 됩니다. 가이드는 수술실에서 치료 계획을 구현하는 도구이므로, 정확해야만 합니다.”
KLS Martin의 개별 금속 임플란트 생산 마무리 담당 책임자 마이클 마에더(Michael Maeder)
솔루션
KLS Martin은 의료 분야에서 오랜 실적을 쌓아온 생체적합성 무첨가 나일론 분말인 EOS PA 2200을 사용하여 EOS 폴리머 시스템을 통해 맞춤형 수술 가이드를 생산합니다. 이 생산 환경은 10년 넘게 지속적으로 가동되어 왔으며, 대규모이자 지속적으로 증가하는 맞춤형 가이드 생산량을 안정적으로 뒷받침할 수 있는 고도로 표준화된 생산급 시스템으로 발전했습니다.
이 공정은 별도의 지지 구조물 없이 분말을 적층하여 제작되므로, 설계의 자유도가 사실상 무제한입니다. 즉, 가이드가 해당 사례에 필요한 절제선, 드릴 궤적, 접촉면을 어떤 형태로든 따를 수 있으며, 설계가 아무리 복잡하더라도 성능 저하가 발생하지 않습니다. 이러한 설계의 자유도는 수술실에서의 실질적인 가치로 직접 이어지는데, 이는 개별 환자의 해부학적 구조에 정확히 맞춰 제작된 가이드가 예측 가능한 방식으로 고정되며, 가상 계획에 따라 외과의사의 수술 도구를 정확한 위치에 배치해 주기 때문입니다.
그러나 경제적 측면도 마찬가지로 중요합니다. 가이드 한 세트를 인쇄하는 데 약 24분이 소요되므로, 처리 건수가 늘어나더라도 신속한 처리 주기를 유지할 수 있습니다. 또한 이로 인해 일회용이며 멸균이 가능한 가이드를 실용적으로 사용할 수 있게 됩니다. 이 가이드에는 정밀한 드릴 안내를 위한 스틸 슬리브를 통합할 수 있으며, 해당 티타늄 임플란트에 맞출 수 있도록 필요한 치수 일관성을 유지하여 제작됩니다.
전체 워크플로는 계획의 신뢰성과 신속성을 고려하여 설계되었습니다. 외과의사가 IPS Gate® 플랫폼을 통해 환자의 CTA 데이터를 업로드하는 순간부터, IPS® 엔지니어링 팀과 외과의사는 통합 채팅 및 웹 회의를 통해 협력하여(일반적으로 6~9 영업일 소요) 절제 경계를 정의하고, 골이식편 위치를 최적화하며, 나사 삽입 위치를 구체화합니다. 설계가 승인되면 가이드가 생산에 들어가며, 계획은 화면에서 수술실로 옮겨집니다.
결과
KLS Martin은 EOS SLS 장비를 활용해 수술 가이드를 제작함으로써, 임상적 정밀성과 경제적 생산성을 동시에 갖춘 맞춤형 가이드를 만들어 냈습니다. 이는 일반적으로 이러한 가이드의 광범위한 도입을 제한해 온 상충 관계를 해결한 것입니다. 이 솔루션의 장기적인 성과는 그 성숙도를 여실히 보여줍니다. 10년 이상 지속된 운영을 통해 KLS Martin은 맞춤형 가이드 생산을 지속 가능한 산업화된 워크플로우로 확장했으며, 일관된 품질과 공정 안정성을 유지하면서 높고 꾸준히 증가하는 수술 건수를 안정적으로 지원해 왔습니다.
순전히 임상적인 관점에서 볼 때, 그 성과는 수술실에서 드러납니다. PA 2200 소재로 제작되고 강철 슬리브가 일체형으로 적용되어 높은 위치 정확도를 자랑하는 가이드들은 가상 수술 계획을 충실히 구현함으로써, 합병증 발생률 감소, 심미적 및 기능적 결과 개선, 수술 시간 단축, 그리고 환자의 빠른 재활을 가능하게 합니다. 임플란트는 치수적으로 최적의 적합성을 갖추고 제공되며, 이에 맞춰 제작된 가이드를 통해 외과의사는 계획대로 임플란트를 식립할 수 있습니다.
생산 측면에서도 이점은 배가됩니다. 가이드 세트를 약 24분 만에 출력할 수 있게 됨에 따라, KLS Martin은 수작업이나 인프라를 그에 비례하여 확대하지 않고도 증가하는 수술 건수를 처리할 수 있습니다. SLS 방식이 제공하는 설계 자유도 덕분에, 새로운 케이스의 형상은 새로운 제조 문제가 아닌, 이미 검증된 공정의 하나의 매개변수로만 취급됩니다. 또한 EOS PA 2200의 생체적합성과 멸균 가능성은 일회용 가이드의 일상적인 사용을 가능하게 하여, 임상 품질을 일정하게 유지하면서도 케이스당 비용을 효과적으로 관리할 수 있게 해줍니다.
기계적 성능과 치수적 성능이 이 모든 것을 하나로 묶어주는 핵심 요소입니다. 가이드가 취급 과정과 수술 현장에서 예측 가능한 방식으로 작동하고, 별도로 제작된 티타늄 임플란트가 의도한 대로 정확히 맞물릴 수 있도록 허용 오차를 유지해야만 비로소 유용합니다.
“몇 분 만에 가이드 세트 전체를 출력할 수 있다는 점은 편리해 보일 뿐만 아니라, 일상 업무에서 인력을 추가하지 않고도 더 많은 케이스를 처리할 수 있게 해줍니다. 모든 가이드는 치수 정확도가 완벽하게 보장됩니다.”
KLS Martin의 개별 금속 임플란트 생산 및 후가공 부문 책임자, 마이클 마에더(Michael Maeder)
결과 요약:
- 높은 치수 정확도로 인해 해당 임플란트와 정밀하게 맞물립니다.
- 정확한 치료 계획에서 수술실로의 이전을 통해 임상 결과를 개선합니다
- 10년 이상에 걸친 연속 생산을 통해 검증되었으며, 안정적이고 확장 가능한 운영을 자랑합니다.
- 자원의 비례적인 증가 없이도 증가하는 수술 건수를 감당할 수 있다
- 생체적합성 PA 2200을 사용하여 멸균이 가능한 일회용 가이드를 구현합니다.
- 설계 자유도를 통해 복잡성 증가 없이 완전히 맞춤형 형상을 구현할 수 있습니다.
간략한 회사 소개
KLS Martin Group은 거의 모든 외과 분야에서 혁신적인 의료 기술을 제공하는 국제적인 기업 그룹입니다. “외과적 혁신은 우리의 열정입니다(Surgical innovation is our passion)”라는 철학을 바탕으로, 이 그룹은 임플란트 시스템, 전기수술기, 수술용 레이저 시스템, 수술등, 수술 기구, 트레이 및 보관 용품과 같은 솔루션을 개발하고 판매하고 있습니다. 이 회사는 IPS® 제품 라인을 통해 맞춤형 임플란트, 수술 가이드 및 해부학적 모델을 제공하며, 가상 수술 계획과 적층 제조 기술을 결합하여 복잡한 골 결손을 정밀하게 재건할 수 있도록 지원합니다.
자세한 정보: https://www.klsmartin.com
