KR102214911B1 - 3d 프린터로 제작된 몰드를 이용한 유방 및 종양 모형 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 환자를 촬영한 CT 및 MRI 등의 영상촬영장치로부터 상기 환자의 정보를 전달받는 3D 프린터를 이용하되, 일면과 상기 일면으로부터 설정 거리 이격되는 타면과 상기 일면과 상기 타면을 연결하는 측면으로 이루어지며, 상기 일면과 상기 타면 중 어느 한 면에 유방 형상에 대응되는 내부공간을 형성할 수 있도록 상기 유방의 굴곡에 대응하는 곡면이 형성되는 몸체를 포함하는 캐비티를 제작하는 단계; 환자를 촬영한 CT 및 MRI 등의 영상촬영장치로부터 상기 환자의 정보를 전달받는 상기 3D 프린터를 이용하되, 평면 형태의 코어 플레이트와, 상기 코어 플레이트의 상면 상의 설정 위치에서 설정 높이만큼 형성되는 지지대와, 상기 지지대의 자유단에 종양 형상에 대응하게 형성되는 종양모델을 포함하는 코어를 제작하는 단계; 상기 유방 형상에 대응하는 상기 내부공간이 형성되도록 상기 캐비티와 상기 코어를 결합 하는 단계; 상기 내부공간으로 실리콘을 주입하고, 상기 실리콘을 경화시켜 상기 유방 형상에 대응하는 유방 모델을 성형하는 단계; 및 상기 캐비티와 상기 코어를 분리시키는 단계를 포함한다.

Description

3D 프린터로 제작된 몰드를 이용한 유방 및 종양 모형 제조방법{Mold manufactured by 3D printer and breast and tumor model manufacturing method using the same}

본 발명은 3D 프린터로 제작된 몰드를 이용한 유방 및 종양 모형 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 CT 또는 MRI와 같은 3차원의 영상촬영 데이터를 기반으로 다양한 수술용 유방 및 종양 모형을 제작할 수 있는 3D 프린터로 제작된 몰드를 이용한 유방 및 종양 모형 제조방법에 관한 것이다.

3D 프린팅 기술은 3차원 데이터를 기반으로 필라멘트, 파우더 또는 액상 형태의 고분자, 금속 등의 다양한 소재를 적층하는 방식으로 물체를 성형한다. 이러한 3D 프린팅 기술은 최근 의료 및 자동차, 항공, 우주 등에서 활용되고 있다.

그 중 의료 산업은 3D 프린팅의 기본 소재인 티타늄의 인체 무해성으로 인해 가장 먼저 실용화 된 분야이다. 3D 프린팅 기술을 활용하면 다품종 소량생산이 가능하고 의사 및 환자 맞춤형 의료기기들을 제작할 수 있다. 이러한 ef을 이용하여 수술 시간을 단축하고 환자의 수술 후유증을 최소화 할 수 있어 최근 국내 의료 현장에서 다양한 케이스의 임상 사례를 발굴하는 데에도 적극적으로 시도 되고 있다.

특히, 의료 분야에서의 3D 프린팅 기술은 인체 삽입 대체품 및 수술용 가이드 제작과 교육용 수술 시뮬레이터 제작 분야에 직/간접적 방법으로 적용할 수 있다. 의료 산업 분야의 경우 타 산업 분야와 달리 수술 사건 시뮬레이션을 할 수 없으며, 집도의의 감각과 숙련도에 따라 수술의 성패와 환자의 회복율이 결정되는 문제점을 안고 있다.

만약, 수술 직전 수술 시뮬레이터를 활용해 사전에 시뮬레이션을 반복적으로 진행할 수 있다면, 수술 현장에서의 불필요한 피부 절개와 수술 시간 낭비를 하지 않을 수 있을 것이다.

현재 많은 의대에서는 실습용 카데바를 사용하고 있으나, 카데바의 부족과 카데바의 보관 및 위생, 윤리적 문제가 거론되고 있다. 또한, 희귀 질환을 갖는 카데바가 부재하여 제한적 실습 사례 등 실습에 어려움을 겪고 있기도 하다.

이러한 문제점들을 해결하기 위해 다양한 사례의 영상촬영 데이터를 기반으로 다양한 수술용 시뮬레이터를 3D 프린팅 기술을 활용해 제작할 수 있는 방법의 개발이 필요한 실정이다.

국제공개공보 WO2017/010298(2017.01.19.)

본 발명은 CT 또는 MRI와 같은 3차원의 영상촬영 데이터를 기반으로 다양한 수술용 유방 및 종양 모형을 제작할 수 있는 3D 프린터로 제작된 몰드를 이용한 유방 및 종양 모형 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 환자를 촬영한 CT 및 MRI 등의 영상촬영장치로부터 상기 환자의 정보를 전달받는 3D 프린터를 이용하되, 일면과 상기 일면으로부터 설정 거리 이격되는 타면과 상기 일면과 상기 타면을 연결하는 측면으로 이루어지며, 상기 일면과 상기 타면 중 어느 한 면에 유방 형상에 대응되는 내부공간을 형성할 수 있도록 상기 유방의 굴곡에 대응하는 곡면이 형성되는 몸체를 포함하는 캐비티를 제작하는 단계; 환자를 촬영한 CT 및 MRI 등의 영상촬영장치로부터 상기 환자의 정보를 전달받는 상기 3D 프린터를 이용하되, 평면 형태의 코어 플레이트와, 상기 코어 플레이트의 상면 상의 설정 위치에서 설정 높이만큼 형성되는 지지대와, 상기 지지대의 자유단에 종양 형상에 대응하게 형성되는 종양모델을 포함하는 코어를 제작하는 단계; 상기 유방 형상에 대응하는 상기 내부공간이 형성되도록 상기 캐비티와 상기 코어를 결합 하는 단계; 상기 내부공간으로 실리콘을 주입하고, 상기 실리콘을 경화시켜 상기 유방 형상에 대응하는 유방 모델을 성형하는 단계; 및 상기 캐비티와 상기 코어를 분리시키는 단계를 포함하는 3D 프린터로 제작된 몰드를 이용한 유방 및 종양 모형 제조방법을 제공한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면 본 발명은, 환자를 촬영한 CT 및 MRI 등의 영상촬영장치로부터 상기 환자의 정보를 전달받는 3D 프린터를 이용하되, 제1 하면과 상기 유방의 굴곡에 대응되게 형성되어 상기 제1 하면과 연결되어 내부공간을 형성하는 곡면으로 이루어지는 제1 몰드층; 상기 제1 하면을 둘러싸는 제2 하면과 상기 곡면을 둘러싸며 상기 제2 하면과 연결되는 제1 외측면으로 이루어지는 제2 몰드층; 상기 제2 하면을 둘러싸는 제3 하면과 상기 제1 외측면을 둘러싸며 상기 제3 하면과 연결되는 제2 외측면으로 이루어지는 제3 몰드층; 상기 내부공간에 위치하도록 상기 제1 하면 상의 설정 위치에서 설정 높이만큼 형성되는 지지대; 및 상기 지지대의 자유단에서 종양 형상과 대응되게 형성되는 종양 모델을 포함하는 일체형 몰드를 제작하는 단계; 상기 내부공간으로 실리콘을 주입하는 단계; 및 상기 내부공간으로 주입된 상기 실리콘이 경화 된 후, 상기 몰드를 제거하여 상기 유방 형상에 대응되는 유방 모형을 완성하는 단계를 포함하는 3D 프린터로 제작된 몰드를 이용한 유방 및 종양 모형 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따른 3D 프린터로 제작된 몰드를 이용한 유방 및 종양 모형 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 유방과 종양 모형을 제조하기 위한 캐비티와 코어 혹은 캐비티와 코어가 일체형인 몰드를 3D 프린터를 이용하여 제작하므로, 적은 비용으로도 다품종 소량 생산을 가능하게 할 수 있다. 특히, 캐비티와 코어가 별도인 경우에는 다회 사용이 가능할 수 있어 비용 절감의 효과도 얻을 수 있다.

둘째, 다양한 실제 환자 사례의 유방과 종양 모형을 만들어 수술 실습에 활용할 수 있고, 유방과 종양 모형은 의료용 실리콘이 사용되므로 실제 수술 전 수술 리허설을 할 수 있으므로 집도의의 수술 숙련도 및 수술 성공률을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에서 사용되는 3D 프린터의 구조가 간략하게 도시된 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터로 제작된 몰드를 이용한 유방 및 종양 모형의 제조과정이 도시된 블록도이다.
도 3은 도 2에 따른 캐비티의 제작과정이 도시된 블록도이다.
도 4는 도 2에 따른 코어의 제작과정이 도시된 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 캐비티가 제작된 상태가 도시된 개략도이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 코어가 제작되는 과정이 도시된 개략도이다.
도 9는 도 8의 "A" 부분의 다른 실시 형태가 도시된 개략도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 유방 및 종양 모형 제조방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 유방 및 종양 모형이 도시된 개략도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따라 3D 프린터로 제작된 몰드를 이용한 유방 및 종양 모형 제조과정이 도시된 블록도이다.
도 13 내지 도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 일체형 몰드를 제작하는 과정이 도시된 개략도이다.

도 2 내지 도 11에는 본 발명에 따른 3D 프린터로 제작된 몰드를 이용한 유방 및 종양 모형 제조방법에 대해 도시되어 있다.

먼저, 도 2 내지 도 11을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터로 제작된 몰드를 이용한 유방 및 종양 모형 제조방법(이하에서는 유방 및 종양 모형 제조방법로 기재하기로 한다)에 대해 설명하기로 한다. 본 발명의 일 실시예에서는 몰드가 캐비티와 코어로 분리된 구조로 이루어진다.

본 발명의 일 실시예에 따른 유방 및 종양 모형 제조방법은 3D 프린터(10)를 이용하여 캐비티(110)를 제작하는 단계(S100)와, 상기 3D 프린터(10)를 이용하여 코어(130)를 제작하는 단계(S200)와, 내부공간(100-1)이 형성되도록 상기 캐비티(110)와 상기 코어(130)를 결합하는 단계(S300)와, 상기 내부공간(100-1)으로 실리콘을 주입하고, 상기 실리콘을 경화시켜 상기 유방 형상에 대응하는 유방 모델(1000)을 성형하는 단계(S400) 및 상기 캐비티(110)와 상기 코어(130)를 분리시키는 단계(S500)를 포함한다.

상기 캐비티(110)와 상기 코어(130)를 제작하는데 사용되는 상기 3D 프린터(10)는 폴리젯(Polyjet) 방식으로 구동되는 3D 프린터(10)이다. 상기 3D 프린터(10)는 실제 환자를 촬영하는 영상촬영장치(미도시)로부터 실제 환자의 데이터를 전송받아 상기 캐비티(110)와 상기 코어(130)를 제작한다. 상기 영상촬영장치(미도시)는 예시적으로 CT 또는 MRI 중 어느 하나를 포함한다.

먼저, 도 1을 참조하여 상기 3D 프린터(10)에 대해 구체적으로 살펴보면 다음과 같다. 상기 3D 프린터(10)는 모델재료(1)와 서포트재료(3)를 공급받는 헤드(11)와, 상기 헤드(11)에서 상기 모델재료(1)와 상기 서포트재료(3)가 분사되어 출력물로 형성되는 출력 스테이지(13)와, 상기 헤드(11)에서 분사된 상기 모델재료(1)와 상기 서포트재료(3)를 경화시키는 광원(15)을 포함하다.

상기 헤드(11)는 x축 및 y축 방향으로 이송되는 것으로, 상기 헤드(11)는 헤드이송축(11a)에 슬라이드 이동 가능하게 결합되어 있다. 그리고 동일한 방향으로 회전되는 상호 마주하는 한 쌍의 롤러(11b)와 상기 롤러(11b)에 회전 가능하게 결합된 벨트(11c)가 상기 헤드(11)를 이송시킨다.

상기 출력 스테이지(13)는 z축 방향으로 이동할 수 있다. 상기 출력 스테이지(13) 상에 상기 모델재료(1)와 상기 서포트재료(3)가 분사되어 출력물이 형성됨에 따라 상기 출력 스테이지(13)는 -z축 방향으로 이동하여 상기 출력물의 높이를 갖도록 형성될 수 있다. 상기 헤드(11)를 통해 분사되는 상기 모델재료(1)는 수지를 포함하며, 본 발명에서는 예시적으로 verowhite가 적용된다. 상기 서포트재료(3)는 상기 모델재료(1)보다 부드러운 소재로 본 발명에서는 예시적으로 SUP706이 적용된다.

상기 캐비티(110)를 제작하는 단계(S100)에서는 전술한 바와 같은 상기 3D 프린터(10)를 이용하여 상기 캐비티(110)를 제작한다.

상기 캐비티(110)를 제작하는 단계를 구체적으로 설명하기에 앞서 상기 캐비티(110)의 구조를 살펴보면, 상기 캐비티(110)는 일면(111)과, 상기 일면(111)으로부터 설정 거리 이격되는 타면(113)과, 상기 일면(111)과 상기 타면(113)을 연결하는 측면(115)으로 이루어지는 몸체를 포함한다. 상기 캐비티(110)는 상기 일면(111)과 상기 타면(113) 중 어느 한 면에 상기 유방 형상에 대응하는 내부공간(100-1)을 형성할 수 있도록 유방의 굴곡에 대응하는 곡면(111a)이 형성된다.

상기 캐비티(110)를 제작하는 단계(S100)는 전술한 바와 같은 구조의 상기 캐비티(100)를 제작하는 것으로, 먼저, 상기 3D 프린터(10)에서 상기 헤드(11)가 상기 x축 방향 및 상기 y축 방향으로 이동하면서 상기 모델재료(1)와 상기 서포 트재료(3)를 상기 출력 스테이지(13)에 분사한다. 이때, 상기 모델재료(1)는 적층되면서 상기 몸체에 대응되는 캐비티층(110a)을 형성하고, 상기 서포트재료(3)는 적층되면서 상기 캐비티층(110a)을 둘러싸는 캐비티 서포트층(110b)을 형성한다.(S110)

상기 출력 스테이지(13)로 분사되는 상기 모델재료(1)와 상기 서포트재료(3)는 상기 광원(15)에서 조사되는 빛에 의해 경화되고 적층되는 과정을 반복하여 상기 캐비티층(110a) 및 상기 캐비티 서포트층(110b)으로 형성되는 것이다. 상기 광원(15)에서 조사되는 빛은 본 실시예에서는 자외선(UV)인 것을 예로 들지만, 이에 한정되지 않고 상기 모델재료(1) 및 상기 서포트재료(3)에 따라 달라질 수 있다.

한편, 상기 캐비티(110)를 형성할 때에는 상기 곡면(111a)과 상기 곡면(111a)이 형성되는 상기 일면(111)이 상 방향을 향하게 하여 형성한다. 만약, 상기 곡면(111a)이 상기 출력 스테이지(13)를 향하게 하여 형성한다면, 상기 곡면(111a)과 상기 출력 스테이지(13) 사이의 공간을 상기 서포트재료(3)로 모두 채워야 하므로 상기 서포트재료(3)가 과소비될 수 있다.

그러나 본 실시예에서와 같이 상기 곡면(111a)이 상기 출력 스테이지(13)와 반대되는 상 방향을 향하게 하여 상기 캐비티(110)를 형성하면, 상기 서포트재료(3)가 과소비되는 것을 방지할 수 있어 비용 절감의 효과를 얻을 수 있다.

상기 캐비티층(110a)과 상기 캐비티 서포트층(110b)을 형성한 후에는 상기 캐비티 서포트층(110b)을 제거하여 상기 캐비티(110)의 성형을 완료한다. 상기 캐비티 서포트층(110b)의 제거는 서포트 제거용액에 의해 이루어진다. 본 실시예에서 상기 서포트 제거용액은 수산화나트륨 수용액이 적용된다. 상기 수산화나트륨 수용액을 워터젯(미도시)을 이용하여 상기 캐비티층(110a)과 상기 캐비티 서포트층(110b)에 공급하면, 상기 캐티비 서포트층(110b)이 상기 수산화나트륨 수용액에 의해 녹아 제거된다.

상기 캐비티(110)의 제작이 완료된 후에는, 상기 3D 프린터(10)를 이용하여 상기 코어(130)를 제작한다.(S200)

상기 코어(130)의 제작 과정을 구체적으로 살펴보기에 앞서, 상기 코어(130)의 구조를 살펴보면 다음과 같다. 상기 코어(130)는 평면 형태의 코어 플레이트(131)와, 상기 코어 플레이트(131)의 상면 상의 설정 위치에서 설정 높이만큼 형성되는 지지대(133)와, 상기 지지대(133)의 자유단에서 종양 형상에 대응되게 형성되는 종양 모델(135)을 포함한다.

전술한 바와 같은 상기 코어(130)를 제작하는 과정은 상기 3D 프린터(10)의 상기 헤드(11)에서 상기 출력 스테이지(13)로 상기 모델재료(1)와 상기 서포트재료(3)를 분사하면 상기 모델재료(1)와 상기 서포트재료(3)가 상기 광원(15)에서 조사되는 빛에 의해 경화되고 적층되는 과정을 반복하며 이루어진다.

먼저, 상기 모델재료(1)는 상기 코어 플레이트(131)와 대응되는 평면 형태이며 설정 높이를 갖는 플레이트층(131a)으로 형성되고, 상기 서포트재료(3)는 상기 플레이트층(131a)을 둘러싸는 플레이트 서포트층(131b)으로 형성된다.

그 다음으로 상기 플레이트층(131a)의 상면 상의 설정 위치에서 상기 모델재료(1)가 설정 높이만큼 적층되어 상기 지지대(133)에 대응하는 지지대층(133a)으로 형성되고, 상기 서포트재료(3)는 상기 지지대층(133a)을 둘러싸는 지지대 서포트층(133b)으로 형성된다.

다음으로 상기 지지대층(133a)의 자유단에서 상기 모델재료(1)가 적층되면서 상기 종양 모델(135)에 대응되는 종양 모델층(135a)으로 형성되고, 상기 서포트재료(3)는 상기 종양 모델층(135a)을 둘러싸는 종양 모델 서프트층(미도시)으로 형성된다.

한편, 상기 종양 모델층은 두 가지의 실시 형태로 형성될 수 있는데 도 8 및 도 9에 각각의 실시 형태가 도시되어 있다. 도 8을 참조하여 보면, 상기 종양 모델층(135a)은 상기 모델재료(1)로만 상기 종양 모델층(135a)이 형성되는 것이다.

반면, 도 9를 참조하여 보면 상기 모델재료(1)에 의해 형성되는 상기 종양 모델층(135a`)이 하우징의 형태로 형성될 수도 있다. 이때에는 상기 종양 모델층(135a`)의 내부가 상기 서포트재료(3)로 채워진다. 상기 종양 모델층(135a`)의 내부에 채워진 상기 서포트재료(3)는 상기 플레이트 서포트층(131b), 상기 지지대 서포트층(133b) 및 상기 종양 모델 서포트층(미도시)이 제거될 때 함께 제거된다. 상기 서포트재료(3)가 제거된 상기 종양 모델층(135a`)의 내부에는 실리콘으로 채워진다.

이때, 상기 종양 모델층(135`a)의 내부를 채우는 실리콘은 상기 유방 모형(1000)으로 성형되는 실리콘보다 물성(경도 등)이 더 큰 실리콘이다.

전술한 모든 층들의 형성이 완료된 후에는 상기 캐비티(110)를 제작할 때와 마찬가지로 상기 워터젯(미도시)을 이용하여 상기 서포트 제거용액을 분사해 상기 플레이트 서포트층(131b), 상기 지지대 서포트층(133b) 및 상기 종양 모델 서포트층(미도시)을 제거한다.

상기 캐비티(110)와 상기 코어(130) 각각의 제작이 완료된 후에는 상기 유방 형상에 대응하는 상기 내부공간(110-1)이 형성되도록 상기 캐비티(110)와 상기 코어(130)를 결합한다.(S300) 이때, 상기 캐비티(110)는 제작이 완료된 상태에서 반전시켜 상기 코어(130)와 결합한다. 즉, 상기 캐비티(110)의 상기 곡면(111a)이 상기 코어(130)를 향하도록 하는 것이다. 이에 따라 상기 지지대(133)와 상기 종양 모델(135)이 상기 내부공간(110-1)에 위치한다.

상기 캐비티(110)와 상기 코어(130)를 결합시킨 후에는 상기 내부공간(110-1)으로 실리콘을 주입한다. 상기 내부공간(110-1)을 채우는 실리콘은 인체의 물성(경도)과 유사한 물성(경도)을 갖는 의료용 실리콘이 사용된다. 이러한 의료용 실리콘으로 상기 유방 모형(1000)을 제작하면, 실제 수술과 같은 리허설이 가능해지는 장점이 있다.

상기 캐비티(110)에는 상기 실리콘을 주입하기 위한 홀(110-3)이 형성되어 있다. 상기 홀(110-3)에 실린더(미도시)를 결합하고, 상기 실린더(미도시)를 통해 상기 내부공간(110-1)으로 상기 실리콘을 주입한다. 상기 실리콘을 주입한 후에는 상기 실리콘을 경화시킨다. 상기 실리콘을 경화시키는 방법은 어느 하나의 방법에 한정되지 않아도 되므로 공지된 다양한 기술을 적용할 수 있다.

한편, 전술한 바와 같이 상기 종양 모델층(135a`)이 하우징의 형태로 형성되는 경우에는 상기 종양 모델층(135a`)의 내부를 실리콘으로 채운다. 즉, 상기 종양 모델(135)의 내부가 실리콘으로 채워지는 것이다. 이때, 상기 종양 모델(135)의 내부에 채워지는 실리콘은 상기 내부공간(110-1)에 채워지는 실리콘보다 경도가 큰 실리콘을 채우도록 한다.

도 11에 도시된 바와 같이, 상기 내부공간(110-1)에 채워진 상기 실리콘이 경화되면 상기 유방 모형(1000)이 완성되고, 상기 캐비티(110)와 상기 코어(130)는 분리시킨다. 상기 캐비티(110)와 상기 코어(130)가 분리될 때 상기 코어 플레이트(131)와 상기 지지대(133)도 분리된다.

상기 지지대(133)는 1mm 내지 7mm의 범위 내에서 두께가 결정된다. 상기 종양 모델(135)이 상기 유방 모형 내에서 위치하는 곳에 따라 상기 지지대(133)를 상기 유방 모형(1000)의 내부에 남겨두거나(도 11의 (a)) 상기 유방 모형(1000)에서 제거할 수 있다.(도 11의 (b))

상기 지지대(133)를 상기 유방 모형 내에서 제거할 때에는 상기 지지대(133)와 상기 종양 모델(135)이 쉽게 분리될 수 있을 정도의 두께, (본 실시예에서는 상기 지지대(133)가 2mm의 두께로 형성되고, 상기 종양 모델(135)은 0.5mm 내지 1mm의 두께로 형성되는데, 상기 종양 모델(135) 내부는 비어진 공간으로 설계하여 3D 프린터로 제작할 때 상기 종양 모델(135)의 빈 공간을 서포트재료(3)로 채운다.)로 형성되고, 상기 캐비티(110)와 상기 코어(130)를 먼저 분리시킨 후 상기 유방 모형(1000) 내에서 상기 종양 모델(135)을 제외하고 상기 지지대(133)를 포함한 상기 코어 플레이트(131)를 제거한다. 이렇게 상기 지지대(133)가 제거되면 CT 또는 MRI 상의 실제 환자의 종양 위치에 상기 종양 모델(135)을 위치시킬 수 있다.

한편, 상기 종양 모델(135)의 상기 지지대(133)는 상기 유방 모형(1000)에서 상기 코어 플레이트(131)와 함께 제거되는 형태일 수도 있고, 상기 코어 플레이트(131)에 실제 환자의 늑골(미도시)을 위치시키고 상기 늑골(미도시)에 상기 지지대(133)를 형성해 제거되지 않을 수도 있다. 상기 지지대(133)와 상기 종양 모델(135)까지 상기 유방 모형(1000)에서 제거하는 경우에는 상기 종양 모델(135)이 위치해 있던 공간에 상기 유방 모형(1000)을 형성하는 의료용 실리콘 보다 경도가 더 큰 실리콘을 주입하여 채울 수 있다.

도 12 내지 도 15 에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 3D 프린터로 제작된 몰드를 이용한 유방 및 종양 모형 제조방법이 도시되어 있다.

도 12 내지 도 15를 참조하여 본 발명의 다른 실시예를 구체적으로 설명하여 보면 다음과 같다. 상기 3D 프린터(10)로 제작된 몰드를 이용한 유방 및 종양 모형 제조방법은, 상기 3D 프린터(10)를 이용하여 일체형 몰드(200)를 제작하는 단계(S1000), 상기 일체형 몰드(200)의 내부공간(200-1)으로 실리콘을 주입하는 단계(S2000), 상기 실리콘을 경화시킨 후 상기 일체형 몰드(200)를 제거하는 단계(S3000)를 포함한다.

본 실시예에서 명명하는 상기 일체형 몰드(200)는 전술한 일 실시예에서와 같이 캐비티와 코어로 분리되지 않고 캐비티와 코어가 일체로 형성되는 구조를 의미한다. 본 실시예에 따른 유방 및 종양 모형 제조방법을 구체적으로 설명하기에 앞서 상기 일체형 몰드(200)에 대해 설명하면 다음과 같다.

상기 일체형 몰드(200)는 상기 유방의 형상과 대응되는 내부공간(200-1)을 형성할 수 있도록 제1 하면(211)과, 상기 제1 하면(211)과 연결되면서 상기 유방의 굴곡에 대응되게 형성되는 곡면(213)으로 이루어지는 제1 몰드층(210)과, 상기 제1 하면(211)을 둘러싸는 제2 하면(231)과, 상기 제2 하면(231)과 연결되면서 상기 곡면(213)을 둘러싸는 제1 외측면(233)으로 이루어지는 제2 몰드층(230)과, 상기 제2 하면(231)을 둘러싸는 제3 하면(251)과, 상기 제3 하면(251)과 연결되면서 상기 제1 외측면(223)을 둘러싸는 제2 외측면(253)으로 이루어지는 제3 몰드층(250)과, 상기 내부공간(200-1)에 위치하도록 상기 제1 하면(211) 상의 설정 위치에서 설정 높이만큼 형성되는 지지대(271) 및 상기 지지대(271)의 자유단에서 상기 종양 형상과 대응되게 형성되는 종양 모델(273)을 포함한다.

상기 일체형 몰드(200)를 제작하는 단계(S1000)에서는 전술한 바와 같은 구조의 상기 일체형 몰드(200)를 제작하는 것으로, 먼저, 상기 3D 프린터(10)의 상기 헤드(11)가 x축 및 y축으로 이동을 하면서 상기 모델재료(1)와 상기 서포트재료(3)를 상기 출력 스테이지(13)로 분사한다.

상기 헤드(11)에서 분사되는 상기 모델재료(1)는 상기 광원(15)에서 조사되는 빛(UV)에 의해 경화되고 적층되는 과정을 반복하면서 상기 제1 몰드층(210), 상기 제3 몰드층(250), 상기 지지대(271) 및 상기 종양 모델(273)로 형성된다. 상기 헤드(11)에서 분사되는 상기 서포트재료(3)는 상기 광원(15)에서 조사되는 빛(UV)에 의해 경화되고 적층되면서 상기 제2 몰드층(230), 상기 제3 몰드층(250)을 둘러싸는 제3 몰드 서포트층(250a) 및 상기 지지대(271)를 둘러싸는 지지대 서포트층(271a)으로 형성된다. 이하에서 상기 일체형 몰드(200)가 제작되는 과정을 도 13 및 도 14를 참고하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

상기 헤더(11)에서 상기 출력 스테이지(13)로 상기 모델재료(1)와 상기 서포트(3)를 분사하면, 상기 모델재료(1)는 경화 및 적층의 과정을 반복하면서 상기 제3 몰드층(250)의 상기 제3 하면(251)으로 형성되고, 상기 서포트재료(3)는 경화 및 적층의 과정을 반복하면서 상기 제3 하면(251)의 외측을 둘러싸는 제3 몰드 서포트층(250a)으로 형성되기 시작한다.(도 13의 (a))

설정 높이만큼 상기 제3 하면(251)이 형성되면, 상기 모델재료(1)는 상기 제3 하면(251)의 가장자리 영역에 설정 두께만큼 상기 제2 외측면(253)을 형성하기 시작한다. 그리고 상기 서포트재료(3)는 상기 제3 하면(251)의 가장자리 영역을 제외한 나머지 영역에 상기 제2 몰드층(230)의 상기 제2 하면(231)을 형성한다.(도 13의 (b))

설정 높이만큼 상기 제2 하면(251)이 형성되면, 상기 모델재료(1)는 상기 제2 외측면(253)을 계속 연장 형성하고, 상기 제2 하면(231) 상에 상기 제2 외측면(253)과 설정 간격 이격되도록 상기 제1 몰드층(210)의 상기 제1 하면(211)을 형성한다. 이때, 상기 서포트재료(3)는 상기 제2 외측면(253)과 상기 제1 하면(211) 사이를 채우면서 상기 제1 외측면(233)을 형성하기 시작한다.(도 13의 (c))

설정 높이만큼 상기 제1 하면(211)이 형성되면, 상기 모델재료(1)는 상기 제2 외측면(253)을 계속 연장 형성하면서, 상기 유방 형상에 대응되는 상기 내부공간(200-1)이 형성되도록 상기 유방의 굴곡과 대응되고 상기 제1 하면(211)의 가장자리 영역에서 연장되는 상기 곡면(213)을 형성하기 시작한다. 이와 동시에 상기 제1 하면(211)의 설정 위치에서 상기 지지대(271)를 형성하기 시작한다. 상기 서포트재료(3)는 상기 제1 외측면(233)을 계속 연장 형성하면서 상기 지지대(271)를 둘러싸는 상기 지지대 서포트층(271a)도 함께 형성한다.(도 13의 (d) 및 도 14의 (e))

상기 지지대(271)의 형성이 완료되면, 상기 지지대(271)의 자유단에서부터는 상기 모델재료(1)가 상기 종양 형상과 대응되는 상기 종양 모델(273)을 형성하기 시작한다. (도 14의 (e))

상기 곡면(213)의 형성이 완료된 이후에도 상기 서포트재료(3)와 상기 모델재료(1)는 상기 곡면(213)의 외측을 둘러싸도록 설정높이만큼 상기 제1 외측면(233)과 상기 제2 외측면(253)을 연장 형성한다. 상기 제1 외측면(233)의 형성이 완료된 후에는 상기 제2 외측면(253)이 상기 제1 외측면(233)을 완전히 둘러싸도록 설정 높이만큼 더 형성되고, 상기 제3 몰드 서포트층(250a)도 상기 제3 몰드층(250)과 동일한 높이만큼 형성된다.(도 14의 (f))

전술한 바와 같은 과정으로 상기 제1 몰드층(210), 상기 제2 몰드층(230), 상기 제3 몰드층(250), 상기 지지대(271) 및 상기 종양 모델(273)의 형성이 완료되면, 상기 워터젯(미도시)을 이용하여 상기 서포트 제거용액을 분사시켜 상기 제3 몰드 서포트층(250a)과 상기 지지대 서포트층(271a)을 제거한다. 본 실시예에서도 상기 서포트 제거용액으로 수산화나트륨 수용액이 사용된다.

상기 제3 몰드 서포트층(250a)과 상기 지지대 서포트층(271a)의 제거가 완료되면 상기 제1 몰드층(210), 상기 제2 몰드층(230), 상기 제3 몰드층(250), 상기 지지대(271) 및 상기 종양 모델(273)로 이루어지는 상기 몰드(200)의 제작이 완료된다.

상기 몰드(200)의 제작이 완료되면, 상기 내부공간(200-1)으로 실리콘을 주입한다.(S2000) 상기 몰드(200)에는 상기 내부공간(200-1)으로 실리콘을 주입할 수 있도록 실리콘 주입홀(200-3)이 형성된다. 본 실시예에서는 도면에 도시된 바와 같이 상기 제1 하면(211), 상기 제2 하면(231) 및 상기 제3 하면(251)을 관통하는 상기 실리콘 주입홀(200-3)이 형성된다. 상기 실리콘 주입홀(200-3)은 상기 몰드(200)를 제작할 때 형성되지만, 상기 몰드(200)의 제작이 완료된 후 상기 몰드(200)를 천공하여 상기 실리콘 주입홀(200-3)을 형성할 수도 있다.

상기 내부공간(200-1)에 실리콘이 주입되면, 상기 실리콘을 경화시켜 상기 유방 모형으로 형성하고 상기 몰드(200)를 제거한다.(S3000) 상기 몰드(200)의 제거는 상기 제3 몰드층(250), 상기 제2 몰드층(230), 상기 제1 몰드층(210)의 순서로 제거된다. 본 실시예에서 상기 내부공간(200-1)에 주입되는 실리콘도 전술한 일 실시예와 마찬가지로 인체의 물성(경도)과 유사한 물성(경도)을 갖는 의료용 실리콘이 사용된다.

특히, 상기 제3 몰드층(150)의 두께는 0.5mm 내지 1mm 의 범위 내에서 형성되므로 두께가 매우 얇아 상기 유방 모형(1000)의 성형이 완료된 후 손쉽게 제거될 수 있다.

상기 제1 몰드층(210)이 제거될 때 상기 지지대(271)는 상기 제1 몰드층(210)과 분리되어 상기 유방 모형(1000)에 남게 될 수도 있고, 전술한 일 실시예에서와 같이 상기 지지대(271)는 상기 유방 모형 내에 자리잡고 있는 상기 종양 모델(273)의 위치에 따라 상기 유방 모형 내에 남겨둘 수도 있고, 상기 유방 모형(1000)에서 제거할 수도 있다. 상기 유방 모형(1000)에서 실제 환자의 늑골과 대응되게 형성된 늑골 모형(미도시)에 상기 지지대(271)에 의해 지지된 상기 종양 모델(273)을 위치시킬 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

1: 모델재료 3: 서포트재료
10: 3D 프린터 11: 헤드
13: 출력 스테이지 15: 광원
110: 캐비티 111: 일면
113: 타면 115: 측면
111a: 곡면 110-1: 내부공간
110-3: 실리콘 주입홀 130: 코어
131: 코어 플레이트 133: 지지대
135: 종양 모델 1000: 유방 모델
200: 몰드 210: 제1 모델층
211: 제1 하면 213: 곡면
230: 제2 모델층 231: 제2 하면
233: 제1 외측면 250: 제3 모델층
251: 제3 하면 253: 제2 외측면
200-1: 내부공간 200-3: 실리콘 주입홀

Claims (16)

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10. 환자를 촬영한 CT 및 MRI 등의 영상촬영장치로부터 상기 환자의 정보를 전달받는 3D 프린터를 이용하되, 제1 하면과 유방의 굴곡에 대응되게 형성되어 상기 제1 하면과 연결되어 내부공간을 형성하는 곡면으로 이루어지는 제1 몰드층; 상기 제1 하면을 둘러싸는 제2 하면과 상기 곡면을 둘러싸며 상기 제2 하면과 연결되는 제1 외측면으로 이루어지는 제2 몰드층; 상기 제2 하면을 둘러싸는 제3 하면과 상기 제1 외측면을 둘러싸며 상기 제3 하면과 연결되는 제2 외측면으로 이루어지는 제3 몰드층; 상기 내부공간에 위치하도록 상기 제1 하면 상의 설정 위치에서 설정 높이만큼 형성되는 지지대; 및 상기 지지대의 자유단에서 종양 형상과 대응되게 형성되는 종양 모델을 포함하는 일체형 몰드를 제작하는 단계;
    상기 내부공간으로 실리콘을 주입하는 단계; 및
    상기 내부공간으로 주입된 상기 실리콘이 경화 된 후, 상기 몰드를 제거하여 상기 유방 형상에 대응되는 유방 모형을 완성하는 단계를 포함하는 3D 프린터로 제작된 몰드를 이용한 유방 및 종양 모형 제조방법.
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 일체형 몰드를 제작하는 단계는,
    상기 3D 프린터의 헤드가 x축 및 y축으로 이동을 하면서 모델재료 및 서포트재료를 분사하고, 상기 모델재료는 상기 제1 몰드층, 상기 제3 몰드층, 상기 지지대 및 상기 종양 모델을 형성하며, 상기 서포트재료는 상기 제2 몰드층 및 상기 지지대를 둘러싸는 지지대 서포트층을 형성하는 3D 프린터로 제작된 몰드를 이용한 유방 및 종양 모형 제조방법.
12. 청구항 10에 있어서,
    상기 내부공간을 실리콘을 주입하는 단계 이전,
    워터젯을 이용하여 상기 지지대 서포트층을 서포트 제거용액으로 제거하는 3D 프린터로 제작된 몰드를 이용한 유방 및 종양 모형 제조방법.
13. 청구항 10에 있어서,
    상기 유방 모형을 완성하는 단계 이후,
    상기 종양 모델을 지지하고 있는 상기 지지대를 상기 종양 모델로부터 분리시켜 상기 유방 모형에서 제거하는 단계를 더 포함하는 3D 프린터로 제작된 몰드를 이용한 유방 및 종양 모형 제조방법.
14. 청구항 10에 있어서,
    상기 유방 모형을 완성하는 단계 이후,
    상기 유방 모형으로부터 상기 종양 모델 및 상기 지지대를 모두 제거한 후, 상기 종양 모델이 제거된 공간에 상기 유방 모형을 형성하는 실리콘보다 경도가 큰 실리콘을 주입하고 경화시키는 3D 프린터로 제작된 몰드를 이용한 유방 및 종양 모형 제조방법.
15. 청구항 10에 있어서,
    상기 3D 프린터는 폴리젯(Polyjet) 방식으로 구동되는 3D 프린터를 포함 3D 프린터로 제작된 몰드를 이용한 유방 및 종양 모형 제조방법.
16. 청구항 10에 있어서,
    상기 내부공간에 주입되는 실리콘은 인체의 경도와 유사한 경도를 갖는 의료용 실리콘을 포함하는 3D 프린터로 제작된 몰드를 이용한 유방 및 종양 모형 제조방법.

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