임상실험 어려운 심장과 뇌, 가상환경으로 극복

[내슈빌(미국)=남혁우 기자] 다쏘시스템의 3D익스피리언스 웍스가 항공, 우주, 제조를 넘어 의료 산업에 혁신을 도입한다.

미국 식품의약국(FDA), 하버드 의과대학 등과 함께 가상환경에 3D 심장을 구현해 심장 질환 연구를 촉진하고, 복잡한 수술의 실수를 줄일 수 있는 사전 연구 기능 등 의학기술의 발전을 지원하고 있다.

15일(현지시각) 보스턴 아동병원 데이빗 호간슨 박사는 미국 테네시주 내슈빌 뮤직시티 센터에서 열린 다쏘시스템의 ‘3D익스피리언스 월드 2023’ 현장에서 3D익스피리언스 플랫폼을 활용한 의료 연구 및 치료 사례를 발표했다.

다쏘시스템은 생명공학 프로젝트로 ‘리빙하트(Living Heart)’와 ‘리빙 브레인(Living Brain)’을 진행하고 있다. 3D 시뮬레이션 기술인 버추얼트윈을 이용해 가상 공간에 심장과 뇌 등 장기를 구현하고 연구할 수 있는 환경을 조성하는 것이다.

FDA에 의하면 전세계 사망원인 1위(30%)는 협심증, 급성심근경색증 등 심장 관련 질환이다. 전 세계 주요 의료 연구진이 심장 치료에 매진하고 있지만 투자에 비해 기술의 발전은 더딘 상황이다. 생명을 책임지는 기관인 만큼 윤리적인 문제와 연결돼 있을 뿐 아니라 신체 다른 장기와 복잡하게 이어져 있어 적극적인 연구가 어렵기 때문이다.

각 연구 기관에서 확보한 데이터가 원활하게 공유되지 않는 사일로 현상도 연구 발전이 더딘 이유 중 하나로 꼽힌다.

버추얼트윈으로 구현한 가상심장은 혈관이나 폐 등 주변 환경의 다양한 요소와 상호작용하는 등 실제 심장과 거의 동일한 환경을 제공한다. 사람의 생명에 영향을 미치지 않는 만큼 더욱 적극적이고 다양한 연구가 가능하다. 심박 조절기 등 심장 질환을 치료를 위한 의료장비 테스트를 비롯해, 신약개발 및 새로운 수술 방법 연구 등에도 활용 중이다.

데이빗 호간슨 박사는 “가상환경에 심장을 구현한 리빙하트는 기본적으로 심장을 더 잘 이해하는데 목적을 두고 있다”며 “심장의 생리학적 특성과 여러 장기와의 연관 관계도 파악할 수 있도록 세포를 비롯해 근육, 핏줄 등을 모두 사실적으로 구현하려 했다”고 설명했다.

이어서 “예를 들어 심장을 핵심적으로 연구하지만 폐 등 주요 장기까지 모두 사실적으로 구현하려 했다”며 “심장에서 피가 폐로 전달되는 과정에서 심장의 이완과 수축은 어떻게 일어나고 폐에는 어떤 변화가 일어나는지 정상적인 활동을 이해한다면 그렇지 못한 상황을 빠르게 찾아낼 수 있기 때문”이라고 설명했다.

3D익스피리언스의 버추얼트윈은 액체 유동성, 전자기장 시각화 등 현실에 존재하는 다양한 물리적 특성을 가상환경에 구현하고 이를 분석할 수 있는 기능을 지원한다. 심장과 연결된 수 많은 혈관을 타고 흐르는 혈류의 흐름과 심장과 주요 장기를 움직이기 위한 전기적 신호까지 시각화하고 구현한다.

의료 분야에서는 이를 활용해 복잡하고 어려운 심장 수술을 집도하기 전 가장 효율적인 방법을 찾고 실수를 최소화하기 위한 테스트 환경으로 활용한다.

데이빗 호간슨 박사는 “아동병원 환자 중에는 선천성 심장 장애와 합병증으로 고통받는 사례가 있다. 이런 경우는 CT촬영이나 자기공명영상(MRI)만으로 상황의 복잡성을 표현할 수 없다”며 “또한 아동환자의 심장은 6cm 정도로 크기가 작아 더욱 섬세한 수술이 요구되는 등 많은 어려움이 있다”고 설명했다.

이어서 그는 “버추얼트윈을 이용해 환자의 심장을 3D로 구현하면 수술을 위해 어떻게 접근해 문제를 해결하는 것이 좋을 지 직관적으로 분석할 수 있다”며 “또한 혈류의 흐름, 심장의 움직임 등을 사전에 체크하고 가상환경에서 반복 테스트를 통해 수술의 성공률을 높이고 오류를 최소화 할 수 있다는 점에서 혁신적인 변화라 할 수 있다”고 강조했다.