목적 외상 환자 흉부 CT에서 급성 갈비뼈 골절을 진단하기 위해 개발된 인공지능의 장단점에 대해서 알아보고자 하였다. 대상과 방법 외상으로 응급실에 내원했던 환자들 중 급성 갈비뼈 골절(n = 1159) 또는 정상(n = 50)으로 진단된 1209명의 흉부 CT를 무작위로 선택하였다. 이 중 9명의 급성 갈비뼈 골절 흉부 CT로 인공지능 모델 개발과 훈련을 했으며, 150명의 갈비뼈 골절 흉부 CT와 50명의 정상 흉부 CT로 테스트를 하였고, 나머지 1000명의 급성 갈비뼈 골절 흉부 CT로 내부 검증을 하였다. 급성 갈비뼈 골절에 대한 인공지능 모델의 골절의 유무와 위치에 대한 진단적 정확성과 오류에 대해서 알아보았다. 결과 개발된 인공지능 모델을 테스트 결과 급성 갈비뼈 골절 유무에 대한 민감도, 특이도, 양성예측도, 음성예측도, 정확도는 각각 93.3%, 94%, 97.9%, 82.5%, 95.6%였다. 내부 검증을 했을 때 급성 갈비뼈 골절 유무에 대한 정확도는 96%로 상승되었다. 그러나 급성 갈비뼈 골절 위치의 정확도는 76% (760/1000)로 낮았으며, 그 원인으로는 같은 위치에 있는 견갑골이나 쇄골을 갈비뼈로 잘못 인식(66%) 하거나 일부 갈비뼈를 인식하지 못하는 경우(34%)가 많았다. 결론 급성 갈비뼈 골절 진단을 위한 인공지능 모델이 급성 갈비뼈 골절의 유무 진단에는 높은 정확도를 보였지만 갈비뼈 골절의 정확한 위치를 진단하는 데는 제한점이 있었다.
두개골에 종괴를 가진 7세 암컷 웰키코기가 내원하였다. 종괴는 다엽성 골종양으로 진단되었으며, 외과적으로 제거하었다. 종양 제거후 발생한 대형 골결손부를 치료하기 위해 3D 잉크젯 프린터로 제작한 커스텀 메이드 인공뼈를 결손부에 이식하였다. 이식후 4.3년동안 CT촬영을 통해 변화를 관찰하였다. 인공뼈는 관찰기간동안 주변 두개골과 성공적으로 유합되어 결손부를 수복하고 있었으며, 이식후 6개월부터 점차적인 인공뼈의 흡수상이 확인되었다. 커스텀 메이드 인공뼈가 대형 골결손부의 또 다른 치료방법으로서 사용될 수 있을 것이라 기대된다.
신경외과는 뇌수술과 척추수술로 나눈다. 이중뇌수술 분야에서는 두개강내압 항진시 감압술이라고 '머리의 뚜껑을 연다'라는 표현과 마찬가지로 두개골의 일부분(손바닥크기)을 절제하는 수술이 있다. 이때 과거에는 떼어낸 뼈를 복부의 피하지방밑에 심어서 보관을 하다가 3-6개월 후 환자의 뇌상태가 안정이 되면 다시 꺼내어 제자리에 놓았는데, 골편이 피하지방에서 녹는 경우가 다소 있고, 복부에 이식한 장소가염증이 생기는 경우도 있어서 요즘은 냉동고에서 -70도를 유지하여 보관 후 나중이 복원 수술을 할 때녹여서 사용한다. 이를 '자가골 두개성형술' 이라 한다. 하지만골편의 오염이나 소실 혹은 1차 두개성형술 후 감염 등 어쩔 수 없이 자가골을 사용 못하는 경우에는인공으로 두개골편 모형을 제작하여 '뚜껑'으로 사용해야 한다. 현재PMMA를 이용하여 수술 시 모형을 제작하는 방법이 많이 사용되며 최근 단단한 스펀지 형태의 인공제품이 사용되고 있으나 가격이 매우비싸지만 스펀지 기공내로 자가골이 자란다는 장점이 있다. 척추수술 분야에서는 뼈 대치품을 비교적 많이필요로 한다. 즉 척추 후방고정을 하는 경우 원래 수술의 목적인 감압술이나 교정술 등을 한 후 척추분절간 쇠(티타늄사용)고정을 한 뒤에 뼈조직(자가골이나 동종이식골, DBM, HA stick) 등을 충분히 사용하여덮어줌으로써 분절간 골유합을 유도할 때 많은 양이 필요하며, 척추 전방으로 수술을 하는 경우에도 디스크공간이 빈 상태에서 Cage(추체와 추체를 지지하는 작은 상자모양) 내에뼈조직을 넣어서 척추분절간 골유합이 일어나도록 한다. 최근 HA를 cage 대용품으로 사용한 경우에서 HA가 부서지는 경우가 기사화된바 있다. 또한 경추의 추체 내에 작은 구멍만 뚫고 디스크 수술을 한 후에 그 구멍에 HA+B-TCP 소재를 넣어 천연뼈의 성장 유도를 위해 사용되는 등 신경외과의 다양한 분야에서 생체소재들이 사용되고 있다.
뼈 결정과 같이 결정도가 낮은 탄산 인회석 결정의 화학조성 및 구조는 순수 수산화인회석 과 물리적 및 화학적 성질에 있어서 매우 다르다. 극미세 결정으로 결정도가 매우 낮은 불완전 결정이며, 결정 표면은 매우 반응성이 높은 이온으로 구성되어 있어 유기분자나 세포와 활발히 반응할 수 있다. 이와 같은 뼈 결정의 특성을 고형 기질 표면에 불완전 결정도 인회석 박막을 형성시켜 생체재료에 재현하였다. 이 박막에는 뼈세포들이 잘 부착하였는데 특히 골모세포의 부착, 증식, 분화를 촉진하여 장차 이와 같은 뼈 탄산 인회석의 특성을 갖는 인회석을 생체이식 재료로 이용하므로써 우리 몸의 생리에 좀 더 가까운 인공 매식체를 개발할 수 있을 것으로 기대된다.
The structure of the femur bone was analyzed. Moreover, the mechanical strength of the bone was determined by considering two parameters, namely, the outer wall thickness and inner filling density to realize the 3D printing of a cortical bone and spongy bone by using a fused deposition modeling type 3D printer and ABS material. A basic experiment was conducted to evaluate the variation trend in the mechanical strength of the test specimens with the change in the parameters. Based on the results, the parameters corresponding to the highest mechanical strength were selected and applied to the artificial bone, and the mechanical strength of the artificial bones was examined under a load. Moreover, we proposed an approximation method for the 3D printing parameters to enable the comparison of the actual bones and artificial bones in terms of the strength and weight.
우리의 몸은 약 2백 개의 크고 작은 뼈로 구성돼 있다. 관절은 이들 뼈와 뼈 사이의 이음매 역할을 하는 기관이다. 우리가 팔, 다리와 목, 허리 등을 여러 방향으로 움직일 수 있는 것은 관절부위가 회전하거나 굴곡함으로써 가능한 것이다. 사람이 일상생활에서 관절을 움직이는 경우는 1일 10만여 회나 된다고 한다. 관절은 우리 신체의 모든 활동을 원활하게 할 수 있도록 돕는 소중한 기관이다. 관절을 위한 건강한 정보를 제안하고자 이번 호에서는 관절척추전문 세란병원 인공관절센터 오덕순 박사와 세정병원 고재현 병원장의 도움말로 알아본다.
참치 뼈에서 추출한 hydroxyapatite를 출발물질로 여러 가지 세라믹 복합체를 제조하여 인공체액에서의 hydroxyapatite 복합체간의 화학결합을 조사하였다. Hydroxyapatite 복합체들은 인공체액에서 4주 후부터 화학 결합성질을 나타내었다. 결합강도는 bioglass가 가장 강하게 나타났으며, 조성에 따른 의존성은 관찰할 수 없었다. 인공체액에서 복합체들은 이들의 경계면에서 불균일 핵생성 및 성장에 의해 화학적 결합으로 이루어졌다.
인이 함유된 폐수를 칼슘으로 침전 처리하는 과정에서 폐수에 존재하는 다른 물질들의 조성이 body fluid와 동일한 상황을 상정하여 하이드록시아파타이트 침전물을 인공 뼈의 재료로 활용하는 방안에 대한 기초 연구를 수행하고자 합성된 인공의 인산폐수 내에서 수산아파타이트 결정의 생성과정을 조사하였다. 수산아파타이트의 결정은 인공폐수 내에서 Ca($NO_3$)$_2$$.$$4H_2$O와 ($NH_4$)$_2$$HPO_4$을 각각 과포화 시켜 침전반응을 일으켜 생성하였으며, 이 때 석출된 결정은 8$0^{\circ}C$에서 건조과정을 거쳐 그 조성을 분석하였으며, 소결 온도에 따른 결정 구조의 차이점과 결정 생성의 열적 거동을 검토하였다. DTA/TG 결과 $100^{\circ}C$부근에서 $H_2O$의 증발이 관찰되었으며 $250^{\circ}C$에서 암모니아의 분해와 lattice water의 휘발에 의한 무게 감소가 나타났다. 열처리된 시료의 XRD 분석결과 시료의 대부분이 수산아파타이트로 구성되어 있었다. FT-IR측정 결과 건조 시료의 경우, 인공 인폐수 제조에 사용된 물질의 bond가 관찰되었으며, 열분해 한 시료의 경우, hydroxyapatite의 구성성분과 동일한 $OH^{-}$ , PO$_4^{3-}$ , $CO_3^{2-}$ bond가 관찰되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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