3D 프린팅을 이용한 내경동맥 사이펀 조직 모사 팬텀 제작

초록

내경동맥(Internal Carotid Artery)은 해부학적으로 7개의 구간으로 구분되며, 이 중 내경동맥 사이펀(Internal Carotid Artery Siphon; ICAS)은 가장 급격한 곡률과 비평면적 기하학적 구조를 갖는 것으로 알려진 구간이다. 이러한 기하학적 구조는 혈류 난류와 전단응력 증가를 유도함으로써 동맥류를 포함한 뇌혈관질환 발생 위험을 높이며, 자기공명혈관조영술(Magnetic Resonance Angiography; MRA) 및 도플러 초음파 영상에서는 신호 감쇠와 왜곡을 초래해 진단 정확도를 제한한다. 또한, 개인 간 해부학적 변이로 인해 ICAS의 구조 및 혈류역학적 특성을 재현성 있게 검증할 실험적 플랫폼이 부족한 실정이다. 본 연구에서는 의료 영상 기반 3차원 프린팅 기술을 이용하여 ICAS 팬텀을 제작하고, 조직 모사 물질(Tissue Mimicking Material; TMM)을 적층하여 구조적 및 혈류역학적 재현성을 체계적으로 평가하고자 하였다. 건강한 성인의 Time-of-Flight(TOF) MRA 데이터를 기반으로 ICAS를 모델링하였으며, 혈관 벽 두께 1 mm의 탄성 레진 팬텀을 제작하였다. 이후 연부조직, 지방, 혼합 TMM을 순차적으로 적층하여 조직 모사 팬텀을 구성하였다. 맥동 펌프와 전분 기반 혈액 모사 유체를 사용하여 혈류 환경을 재현하였고, 입수부, 1차 굴곡, 2차 굴곡 및 출수부에서 도플러 초음파를 이용해 유속을 측정하였다. 모든 팬텀 조건에서 유속은 입수부 대비 1차 굴곡에서 감소한 후 2차 굴곡에서 증가하고, 출수부에서 다시 감소하는 경향을 보였다. 이러한 유속 분포는 ICAS의 급격한 곡률과 비평면적 구조로 인해 국소적인 저속 및 고속 영역과 유동 교란이 발생하는 실제 혈류 특성을 잘 반영하는 것으로 판단된다. 또한, TMM 종류에 따라 측정 유속의 차이가 관찰되었으며, 이는 각 TMM의 음향적 특성 차이가 도플러 신호의 오차에 기인한 것으로 해석된다. 본 연구에서 제작한 ICAS 팬텀은 실제 ICAS의 구조적 및 혈류역학적 특성을 안정적으로 재현하였으며, 복잡한 혈관 구조를 대상으로 한 영상 연구, 개인 맞춤형 혈관 모델링, 그리고 영상 장비 성능 평가 및 예방 의학, 교육 분야에서 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

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