‘맞춤형 인공관절 수술’ 전성시대, 맞춤형 인공관절 수술은?

▲사진설명=3D프린터로 출력된 환자의 무릎모형과 맞춤형 인공관절 수술도구

무릎 관절의 연골이 닳아 없어지는 질환인 퇴행성관절염. 진행 단계에 따라 초기에는 주사치료, 줄기세포치료 등 여러 가지 방법으로 치료할 수 있다. 하지만 무릎 연골이 모두 닳아 없어진 퇴행성관절염 말기진단을 받은 상태라면, 현재의 의학기술로는 인공관절 수술이 유일한 치료법일 수 있다.

하지만 최근에는 개인 맞춤형 인공관절 수술이 등장하며, 기존 인공관절 수술의 단점들이 보완됐다. 환자 맞춤형 인공관절은 내 몸에 맞는 옷을 제작해 입듯이 환자의 무릎에 최적화된 인공관절을 맞춰 이식하는 치료법이다. 특히 3차원 영상을 이용하기 때문에 보다 정확한 수술 계획을 세우는 것이 가능하며 이에 따라 수술 시간도 단축되는 장점을 가진다.

과거 인공관절 수술의 경우, 개인에 따라 무릎 관절의 크기나 모양 등 미세한 차이를 보임에도 불구하고 일률적으로 수술기구를 적용했다. 때문에 인공관절 수술을 했던 환자들 가운데 심한 통증을 느끼는 경우가 있었으며, 부작용을 겪는 이들도 종종 있었다.

의학계에서는 인공관절 수술의 정확도를 높이기 위해 여러 가지 기술을 접목하여 수술법을 발전시켰다. 여성 골격에 맞춘 여성형 인공관절을 이용한 수술, 바이오센서를 이용한 인공관절 수술 등 여러 가지 수술법이 등장하는 과정에서, 여러 세대에 걸쳐 ‘맞춤형 수술’이라는 용어가 사용되며 다수의 퇴행성관절염 환자가 혼란스러울 정도였으나, 진정한 의미의 ‘환자 본인 맞춤형 인공관절 수술’이라는 수식어를 붙이기에는 무리가 있었다. 자본력과 엔지니어의 기술력이 뒷받침되어야 하는 ‘환자 맞춤형 인공관절 수술’ 연구는 국내보다는 의료 선진국인 미국 등지에서 먼저 연구되고 상용화가 시작되었다.

인공관절 수술에 있어 앞서가는 선진국인 미국의 경우, 보다 정확하고 안전한 인공관절 수술을 위한 연구가 지속되고 있다. 현재 진보한 인공관절 수술법 중 대표적으로 3D 프린팅 기술과 컴퓨터 시뮬레이션(가상수술) 기술이 접목된 ‘3D 시뮬레이션 맞춤형 인공관절 수술’을 꼽을 수 있다. 미국에서는 2009년부터 시행됐으며, 국내의 경우 2010년 1월에 식품의약품안전처로부터 승인을 얻은 후 본격적으로 시행되기 시작됐다.

수술과정은 먼저 수술 전 환자의 무릎을 CT 혹은 MRI를 통해 정밀하게 스캔한다. 이후 스캔한 정보로 컴퓨터 시뮬레이션(가상수술)을 통해 분석하여, 골반부터 발목까지 일직선을 이룰 수 있는 최적의 하지정렬 각도를 계산해낸다. 이를 통해 3D프린터로 환자의 무릎을 입체 모형으로 제작하고, 이에 따른 환자 본인의 하지정렬과 무릎모형에 정확히 맞는 수술도구인 가이드(PSI:Patient Specific Instrument)도 함께 제작된다.

고용곤 강남 연세사랑병원 병원장은 “3D프린터로 제작된 수술 도구는 수술 시 해당 환자의 무릎관절에 정확히 맞춘 것으로써 수술시 장착 한다”며 “이미 가상수술(시뮬레이션)을 거쳐 최적의 절삭위치가 표기되어 있어, 환자의 무릎에 가장 정확한 절삭위치 등을 안내하게 된다”고 설명했다.

기존 수술은 관절을 절개한 후 하지정렬과 절삭위치 파악 등의 수술계획이 이루어지는데 반해, 3D 시뮬레이션 맞춤형 인공관절 수술은 절개 전에 컴퓨터 가상수술로써 모든 수술계획이 수립된 이후에 절개를 통해 수술이 진행된다는 차이가 있다. 가상수술이 이미 시행되어, 기존 수술보다 단축된 시간 내에 정확한 수술을 시행할 수 있다.

또한 수술시간이 줄어든 만큼 출혈이나 감염, 합병증의 위험을 줄여 고령의 환자에게 더욱안정적이다. 고관절부터 무릎, 발목에 이르는 하지 정렬이 정확한 균형을 이뤄, 인공관절 자체의 수명 향상도 기대해볼 수 있다.

지난 2012년 SCI급 학술지 ‘CORR’에 등재된 미국 연구팀의 연구결과에 따르면, ‘3D 시뮬레이션 맞춤형 인공관절 수술(PSI)’ 105례와 고식적 방법 55례를 비교한 결과, 수술 후 하지 정렬 및 인공관절 삽입 위치의 정확도가 고식적 수술법에 비해 ‘3D 시뮬레이션 맞춤형 인공관절 수술’을 시행한 그룹에서 의미 있게 높은 결과를 보인 것으로 나타났다.

또한 2015년 SCI급 학술지‘KSSTA’ 에 채택된 포르투갈 연구팀의 연구결과에서는 ‘3D 시뮬레이션 맞춤형 인공관절 수술(PSI)’을 시행한 47명, 고식적 방법으로 시행한 48명을 비교했다. 그 결과 하지 정렬, 수혈 양, 수술시간, 입원일수 등에서 ‘3D 시뮬레이션 맞춤형 인공관절 수술’을 시행한 그룹에서 유의한 결과가 나타난 것으로 보고된 바 있다.