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ETRI, 의료 3D 프린팅 및 3D 스캐닝 국제표준화 선도- 환자 맞춤형 의료기기 개발 위한 필수 국제표준안 5건 마련

하이거 2022. 8. 14. 12:25

ETRI, 의료 3D 프린팅 및 3D 스캐닝 국제표준화 선도- 환자 맞춤형 의료기기 개발 위한 필수 국제표준안 5건 마련

 

배포일2022.06.29담당자표준연구본부 융합표준연구실

 



국내 연구진이 환자별 맞춤형 의료기기를 만드는데 필수적인 의료 3D 프린팅과 3D 스캐닝 국제표준 개발에 앞장서고 있다. 본 표준이 개발되면 국민건강 증진은 물론 관련 의료장비 산업 활성화를 비롯해 디지털 트윈 및 메타버스 확산에도 큰 도움이 될 전망이다.
한국전자통신연구원(ETRI)은 『의료영상 기반 의료 3D 프린팅 모델링』에 관해 신규 제안한 국제표준 개발 과제 3건이 승인되었으며 3D 스캐닝 표준 개발을 위한 작업반도 신설하였다고 밝혔다. 2019년 개발에 착수한 관련 국제표준 2건은 최종 제정을 앞두고 있다. 범부처전주기의료기기연구개발 사업의 결과다.
이로써 우리나라의 의료 3D 프린팅 및 3D 스캐닝 분야 국제표준 리더십을 한층 강화하였으며, 건설, 제조, 국방, 항공, 문화예술, 역공학 등으로의 확장 기반을 마련함으로써 글로벌 디지털 강국 도약의 발판을 마련했다는 평가다.
이번에 신규 채택된 3건의 표준화 항목은 ▲표준 CT 영상을 기반으로 의료 3D 프린팅 보형물 제작 과정에서의 정밀도/정확도 평가를 위한 표준 평가 프로세스 ▲인체조직 분할 단계와 3D 모델링 단계에서의 정밀도/정확도 오차 평가 방법 ▲데이터셋을 만드는 표준 운영 절차서에 관한 내용이다.
의료 3D 프린팅은 환자의 의료영상 정보를 이용하여 수술용 의료기기와 인체삽입형 의료기기, 사전 시뮬레이션 도구 등을 환자 맞춤형으로 제작하는 기술이다. 임플란트 및 환자의 얼굴 골격에 맞는 보형물을 제작하는 데 쓰인다.
지금까지는 환자 상태에 맞는 의료 장비를 마련하기 위해서 수작업을 통해 프린팅 모델을 만들어야 했다. 영상 속 조직 부위를 명확히 구분해내는 작업이 쉽지 않기 때문이다. 제작 시간도 오래 걸려 급한 상황에서 제약이 많았고 표준안이 없어 타 의료진의 데이터를 활용하기도 어려웠다. 
연구진은 본 표준이 완성되면 의료 3D 프린팅 모델링 소프트웨어에 대해 표준화된 절차와 방법으로 정밀도/정확도를 평가할 수 있게 되어 국내외 의료 3D 프린팅 소프트웨어 인허가에 많은 도움이 될 것으로 예상했다. 
설계 시간도 24시간에서 3시간 내외로 단축 가능하다. 종합적인 품질관리도 용이하다. 무엇보다 상용화가 되면 개인 건강 데이터를 기반으로 가상 시뮬레이션을 통해 치료효과를 예측하고 최적의 약물을 처방하는 등 새로운 의료 패러다임을 구축하는 데 도움이 될 전망이다.
이번 표준화 작업에는 미국 FDA, RSNA, DICOM 등의 전문가들도 참여할 예정이기에 의료 및 관련 산업계에 큰 파급력을 끼칠 것으로 예상된다.
연구진은 2019년부터 수술용 3D 프린팅 모델링 및 인공지능 기반의 자동화에 관한 표준을 개발 중이며, 올해 말 2건의 표준 제정을 앞두고 있다. 이번에 새로 제안한 3건은 추가적인 정밀도/정확도 핵심 평가체계와 방법을 담고 있다.
ETRI는 전종홍 지능정보표준연구실 책임연구원과 이병남 오픈소스센터 전문위원을 중심으로 연세대 심규원 교수와 김휘영 교수, 서울여대 홍헬렌 교수, 코어라인소프트 장세명 이사 등과 협력하며 본 성과를 낼 수 있었다고 밝혔다. 
특히, 공동 연구팀은 표준 개발과 검증을 위해 두개골, 안와, 하악골 영역 700개 이상의 CT 의료영상 학습/실험용 데이터셋을 개발하고 인공지능 기반의 분할 과 3D 모델링 성능평가 실험 결과를 7편 이상의 국제 학회 논문으로 발표했다.
이외에도 ETRI는 3D 스캐닝 표준 개발을 위한 작업반(AHG-3)을 신설하고 16일 첫 회의를 개최했다. 작업반은 향후 3D 스캐닝과 3D 프린팅을 연계한 국제표준 이슈를 발굴하며 기술보고서 개발 및 국제표준화 로드맵 수립에 나선다.
ETRI 김형준 지능화융합연구소장은“우리나라 주도로 환자 맞춤형 의료를 위해 필수적인 의료 3D 프린팅을 5건 이상 개발하며, 3D 스캐닝 그룹을 신설하고 디지털 트윈과 메타버스로까지 이어질 수 있는 핵심 국제표준을 선도하는 것은 매우 큰 의미가 있다”라고 말했다. 
국제표준 워킹그룹(WG12) 의장 ETRI 이병남 박사는“의료 3D 프린팅과 3D 스캐닝 국제표준 개발을 JTC 1/WG 12를 중심으로 플랫폼 기술표준 국제경쟁력을 가속화시키기 위해 다른 관련 국제표준화 기구와의 협력도 더욱 강화시켜 나가겠다”고 말했다.
식품의약품안전처 의료기기연구과 박창원 과장은“의료 3D 프린팅 소프트웨어 정밀도/정확도 평가체계는 환자 맞춤형 의료기기 개발에 꼭 필요한 국제 규격으로 이를 한국 주도로 추진하게 된 것은 대단히 중요한 성과”라고 말했다. 
ETRI는 이번 성과를 기반으로 의료 3D 프린팅과 3D 스캐닝 관련 산학연의 추가 의견들을 수렴하며 다양한 산업 분야를 포괄할 수 있도록 국제표준을 확장시켜 나갈 예정이라고 설명했다.
ETRI는 2015년부터 3D 프린팅과 스캐닝 국제표준화를 선도할 수 있는 위원회 신설을 추진해 2018년 8월 워킹그룹(WG) 12를 신설하고 국내·외 전문가들과 협력하며 의료분야 국제표준화를 선도하고 있다. <보도자료 본문 끝> 
참고1 의료 3D 프린팅 표준 프로세스 및 표준화 효과 

주요 기능 지표 종전 표준화 이후 
1) 자동화 가능 여부 불가능 가능
2) 설계 시간의 단축 24시간 이상 3시간 이내 
3) 타병원 의료영상 데이터 활용  불가능 가능 
4) 상호호환성 확보 불가능 가능
5) 종합 품질 관리 불가능 가능
6) 소프트웨어 품질 평가  불가능 가능
7) 영상 획득 표준 프로토콜 없음 최소 기준 제시
8) 데이터 관리 절차/체계 없음 표준 기반 절차
<표준 제정에 따른 예상 효과>
참고2 국제 표준 개발 내역 
ISO/IEC JTC 1/WG 12에서 개발 중인 국제 표준목록
표준번호 표준명 프로젝트 리더 현단계 제정
(예상)
ISO/IEC 3532-1 Information technology - 3D Printing and Scanning - Medical Image-Based Modelling - Part 1: General Requirement 심규원 DIS 투표완료 2022
(연세대)
ISO/IEC 3532-2 Information technology - 3D Printing and Scanning - Medical Image-Based Modelling - Part 2: Part 2: Segmentation 전종홍 DIS 투표예정 2022
(ETRI)
ISO/IEC 8803 Information Technology — 3D Printing and Scanning — accuracy and precision evaluation process for modeling from 3D scanned data 전종홍 국제표준  2024
(ETRI) 신규 승인
ISO/IEC 16466 Information Technology — 3D Printing and scanning — Assessment methods of 3D scanned data for 3D printing model 심규원 국제표준  2024
(연세대) 신규 승인
ISO/IEC 8801 Information Technology — 3D Printing and Scanning-- 3D scanned and labeled data Standard Operating Procedure (SOP) for evaluation of modelling from 3D scanned data  김휘영 국제표준  2024
(연세대) 신규 승인
참고3 의료용 3D 프린팅 관련 성과
<국제 논문>
번호 논문명 학술지명 주저자명 발행처 발행일자 등록번호 기여율
(ISSN)
1 Automatic segmentation of the Orbital Bone in 3D maxillofacial CT images with Double-Bone-Segmentation Network IFMIA 2019 이소영, 이민진, 홍헬렌, 심규원, 박성은 IFMIA 2019 2019.01 0277-786X 50
2 Orbital bone segmentation in head and neck CT images using multi-graylevel fully convolutional networks SPIE Medical Imaging 2019 이민진, 홍헬렌, 심규원, 박성은 SPIE MI 2019 2019.02 1605-7422 50
3 Orbital Thin Bonse Segmentation using Ensemble 2D and 3D Deep Convolutional Neural Networks in Head and Neck CT Images ISBI 2019 이소영, 이민진, 홍헬렌, 심규원, 박성은 ISBI 2019 2019.04 978-1-5386-3640-4 50
4 Super-resolution Image Generation for Improvement of Orbital Thin Bone Segmentation IWAIT 2020 윤희림, 이민진, 홍헬렌, 심규원 IWAIT 2020 2020.01 0277-786X 50
5 Inter-Slice Resolution Improvement for Reducing the Aliasing Effect of Orbital Thin Bone Reconstruction in Head CT Images RSNA 2020 윤희림, 이민진, 홍헬렌, 심규원, 전종홍 RSNA 2020 2020.11 50
6 Improvement of inter-slice resolution based on 2D CNN with thin bone structure-aware on head-and-neck CT images SPIE Medical Imaging 2021 윤희림, 이민진,  SPIE MI 2021 2021.02 1605-7422 33
홍헬렌, 심규원,
전종홍
7 Intermediate Slices Generation For Improving Orbital Thin Bone Segmentation Performance In Head CT Images RSNA 2021 윤희림, 이민진, 홍헬렌, 심규원, 전종홍 RSNA 2021 2021.11 50
8 Inter-Slice Resolution Improvement Using Convolutional Neural Network with Orbital Bone Edge-Aware in Facial CT Images Journal of Digital Imaging 윤희림, 이민진, 홍헬렌, 심규원, Journal of Digital Imaging 심의중 50
9 Automated Craniosynostosis Classification from 3D Head CT Images Using 3D Quantitative Indices Scientific Reports 윤희림, 이민진, 홍헬렌, 심규원 Scientific Reports 심의중 50
10 Effect of inter-slice resolution improvement for orbital bone segmentation of facial 3D CT images with different slice thicknesses RSNA 2022 안진서, 이민진, 홍헬렌, 심규원 RSNA 2022 심의중 50
참고4 3D 스캐닝 표준화 작업반 신설
6월16일 첫회의 
* 총 참석자 : 16명
* 참여 국가 : 한국, 미국, 호주, 일본, 캐나다, 이스라엘 


향후 협력 표준화 기구 및 활동 
* ISO/TC 106(Dentistry)
* ISO/TC 184(Automation systems and integration)
* ISO/TC 150/WG 14 (Implants for surgery)
* ISO/IEC JTC 1/SC 24 (Computer graphics)
* ISO/IEC JTC 1/SC 41 (Internet of things and digital twin)
* ISO/TC 159 (Ergonomics)
* Khronos Group
* ISO/TC 133 (Clothing sizing systems)
* ASTM Committee E57 on 3D Imaging System
* OGC point cloud 
* MPEG point cloud compression
* IEEE SA 3D Body Processing