강남 연세사랑병원 권오룡 원장이 환자에게 3D프린터를 이용한 맞춤형인공관절 수술에 대해 설명하고 있다.

최근 입체 모형을 그대로 출력하는 ‘3D프린터’가 의료 분야에 접목돼 환자맞춤형 치료를 가능케 하고 있다. 평면을 인쇄하던 2D에서 진보한 3D프린터는 설계도만 있으면 컵, 인형, 자동차 등을 원하는 모형대로 출력할 수 있다. 특히 의료 분야에 접목되면 실제 절개를 하지 않고도 해당 장기를 사전에 정밀하게 파악할 수 있어 가상의 수술을 시행할 수 있고, 이를 바탕으로 정밀한 수술계획을 세우면 정확성을 향상시키는 효과를 거둘 수 있다.  

국내선 ‘맞춤형 인공관절수술’ 연구개발 활발, 자체 기술 개발해 특허

3D프린터는 정형외과 영역에서 무릎인공관절 수술에 응용되고 있다. 국내 의료진은 정확성을 높이는 환자맞춤형 수술 도구 설계기술을 자체 개발해 환자의 무릎 모양과 상태에 최적화된 ‘맞춤형 인공관절수술’을 구현하고 있다.  

강남 연세사랑병원 인공관절 연구팀은 자체적으로 개발해, 국내 최초로 2건의 특허를 받았다. 해외 기술력에 의존하지 않고도 국내 최신 술기를 이용해 정확한 수술을 도모할 수 있게 됐다.

기존 수술도구보다 정확성을 높이는 방향으로 디자인이 개선된 맞춤형 수술도구(Patient Specific Instrument:PSI)는 인공관절 수술에서 ‘수술 가이드(Guide)’ 역할을 한다. 환자의 자기공명영상(MRI) 혹은 컴퓨터단층촬영(CT) 자료를 바탕으로 시뮬레이션에 들어가 환자의 무릎에 맞게 수술도구를 설계하고, 3D프린터를 통해 입체 모형을 출력하게 된다. 이는 환자의 무릎에 딱 맞아 실제 수술 과정에서 인공관절의 위치 선정과 인접 조직의 절삭을 가이드한다. 이 병원은 3D프린터를 이용한 맞춤형 수술도구 제작이 수술 정확성을 향상시킨다는 임상논문을 해외 유수 학술지에 발표했다.

권오룡 강남 연세사랑병원 관절센터 원장(정형외과 전문의)은 “첨단 3D 프린팅 기술력과 정형외과 의료진의 풍부한 임상경험이 결합되면 인공관절수술의 미세한 오차를 줄이고 정확성을 향상시킬 수 있다”며 “이는 수술 후 출혈·감염·부작용·합병증의 감소로 이어져 수술 안전성이 한층 높아지고, 말기 관절염 환자는 수술 부담이 덜어져 회복기간을 단축시킬 수 있다”고 설명했다.

수술 정확성 향상 및 수술시간 단축 효과, 해외 학술지에 임상논문으로 발표

임상 경험 풍부한 정형외과 전문의 6명과 공학계열 엔지니어가 협업한 강남 연세사랑병원 인공관절 연구팀의 ‘환자맞춤형 수술기구의 무릎 대퇴골 절개기구 디자인의 영향(The Effect of Femoral Cutting Guide Design Improvements for Patient-Specific Instruments)’ 주제의 임상논문이 2015년 해외 유명 학술지인 ‘Biomed Research International‘ 11월호에 발표됐다. 이 연구결과는 기존 인공관절수술보다 맞춤형 인공관절수술이 하지정렬 정확도 향상과 수술시간 단축에 효과적임을 확인해줬다. 

환자맞춤형 인공관절수술은 퇴행성관절염 말기 환자들의 수술 부담을 줄이고 무릎 기능을 완전히 회복하는 데 큰 도움이 될 수 있다. 관절염 말기엔 잠을 이룰 수 없을 만큼의 심한 통증을 느끼거나, O자형 휜다리(오다리) 변형이 심해 걸음걸이가 비정상적으로 변한다. 뼈가 맞닿는 통증으로 걷거나 활동하는 것에 불편함을 호소한다. 중·장년층 여성이라면 집안에서 설거지나 청소하는 것도 버겁다.

권오룡 원장은 “우리 인공관절 연구팀이 맞춤형 인공관절수술을 지속적으로 연구개발해 온 결과 수술정확도 향상과 수술시간 단축으로 수술결과가 더욱 안정화될 수 있음을 임상에서 확인했다”며 “관절염 말기에 이르면 통증이 극심하고 삶의 질이 가파르게 떨어지기 때문에 그냥 참고 버티기보다는 자신에게 맞는 치료를 서두르는 게 바람직하다”고 강조했다.