계명대 김정진 교수팀, 환자 맞춤형 골 재생 지지체 설계 기술 제시

계명대학교 기계공학과 김정진 교수 연구팀이 환자 맞춤형 골 조직 재생을 위한 인공 지지체 최적 설계 기술을 개발해 국제 학술지에 성과를 거뒀다.

연구팀의 논문 ‘2차원 근위 대퇴골 기반 환자 맞춤형 골 지지체 다공성 구조 및 이식 각도 최적 설계’는 해당 분야 JCR 상위 6.1%에 해당하는 세계적 권위의 학술지 ‘Expert Systems with Applications’에 게재됐다. 이번 연구는 환자별 골 미세구조와 역학적 특성을 반영해 기존 의료기기 설계의 한계를 보완했다는 평가를 받는다.

인공 지지체는 손상된 골 조직 부위에 삽입되어 재생을 돕는 구조물이다. 기존의 자가골이나 동종골 이식은 공급 한계와 면역 반응 등의 문제가 있었으며, 기성 지지체 역시 주변 골 조직과 기계적 특성이 일치하지 않을 경우 치유를 저해하는 한계가 있었다.

김 교수팀은 이를 해결하기 위해 의료영상 데이터를 기반으로 근위 대퇴골의 2차원 유한요소 모델을 구축했다. 이어 실제 하중 조건에서의 구조 거동을 분석하고, 유전 알고리즘을 적용해 지지체의 기공 크기와 이식 각도를 동시에 최적화하는 설계 기법을 도출했다.

연구 결과 이식 위치에 따라 최적의 기공 구조와 각도가 다르게 나타났으며, 최적화된 지지체는 외부 하중 적응성이 크게 향상되는 것으로 확인됐다. 이는 환자 맞춤형 설계가 실제 기계적 성능 개선으로 직결될 수 있음을 입증한 결과다.

김정진 교수는 “환자 맞춤형 인공 지지체 최적 설계는 기존 기술로 구현하기 어려웠던 연구”라며 “골 미세구조와 역학적 환경을 정밀하게 반영했다는 점에서 의미가 크다”고 밝혔다. 제1저자로 참여한 최준원 박사과정생은 “기존 획일적 설계의 한계를 보완했으며, 향후 3차원 기반 정밀 의료기기 설계로 확장 가능하다”고 덧붙였다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 우수신진연구 사업의 지원을 받아 수행되었다.