CT·MRI로 검사한 환자의 무릎을 컴퓨터 시뮬레이션 프로그램을 이용해 3D로 재현하고 맞춤형 수술도구를 제작하는 과정. [사진 연세사랑병원]3D 프린터를 접목한 맞춤형 인공관절 수술은 정확도·안전성을 높여 치료 성적을 끌어올린다. 최근 국내 의료기관에서 맞춤형 인공관절 3D 시뮬레이션 기술을 국내 최초로 개발해 국산화하는 데 성공했다. 서울 강남 연세사랑병원 고용곤 원장은 “기술 국산화로 수술 대기시간을 6~7주에서 1~2주까지 단축했다”며 “기존 인공관절 수술과 비용도 같아 환자 부담이 줄었다”고 말했다.
종전 수술 대기시간 두 달 넘어
3D 프린터는 인공관절 수술에서 오차범위를 줄이는 첨단 기술이다. 3D 프린터로 환자 개인의 관절 모양과 수술도구를 모형으로 제작해 수술에 활용한다. 그렇지만 환자가 선택하기에는 부담이 있었다. 3D 프린터의 핵심인 시뮬레이션 기술을 외국에 의존했기 때문이다. 그동안 국내에서는 기술력이 없어 미국의 3D 시뮬레이션 기술에 의존했다. 미국은 7년 전부터 관련 기술이 도입됐다.
국내에서는 환자의 무릎을 찍은 MRI(자기공명영상촬영)나 CT(컴퓨터단층촬영) 자료를 미국에 전송해 맞춤형 수술도구 제작을 의뢰했다. 그렇지만 제작기간이 두 달 이상 소요돼 환자가 수술받기까지 대기하는 시간이 길었다. 외국에 기술료로 지불하는 비용 역시 높았다. 미국 내에서 맞춤형 인공관절 수술 시 한 쪽 무릎당 약 1000달러(약 110만원)의 비용이 추가로 발생한다.
연세사랑병원은 약 2년 동안 공학계열 엔지니어와 협업해 국내 실정에 맞는 3D시뮬레이션 프로그램을 자체 개발했다. 평균 6~7주 걸렸던 제작기간을 1~2주로 단축했다. 환자가 맞춤형 인공관절 제작을 위해 추가로 지불하는 비용도 없다. 고용곤 원장은 “자체 개발한 3D 시뮬레이션 맞춤 인공관절 수술을 지난해 8월부터 시행했다”며 “국내 특허 출원을 마쳤다”고 말했다.
무릎 손상 범위와 모양 정확히 측정
3D 맞춤형 인공관절 수술 과정은 이렇다. 수술받기 전 CT나 MRI로 환자의 무릎관절 모양과 크기를 정밀하게 측정한다. 그 다음 환자의 무릎관절을 컴퓨터에서 3D 입체영상으로 만들어 프린터한다. 출력한 모형 관절을 통해 환자의 관절에서 닳아 없어진 연골 두께와 모양을 정확히 볼 수 있다.
인공관절 수술에 사용하는 맞춤형 수술도구도 3D 시뮬레이션으로 설계해 프린트한다. 환자의 관절 부위를 깎고 다듬는 절삭 유도장치다. 손상 조직의 위치·각도를 정확히 측정해 잘라낸다. 맞춤 수술도구는 환자의 무릎에서 가장 이상적인 위치에 인공관절을 삽입할 수 있게 돕는다. 고용곤 원장은 “3D 맞춤형 수술은 정확도가 높아 환자의 통증지수를 낮추고 관절의 움직임도 좋아지는 것으로 조사됐다”고 말했다.
일반적으로 인공관절 수술 전에는 X선이나 MRI로 환자의 무릎관절이 손상된 정도와 주변 인대·뼈 상태를 살핀 다음 어디를 어느 정도 다듬어야 하는지 결정한다. 그렇지만 막상 무릎을 열면 예상했던 손상 범위와 무릎관절 모양이 다른 경우가 있다. 사전에 무릎의 모양·손상을 정확히 예측하지 못하면 수술시간이 길어지면서 합병증 위험이 높아진다. 연세사랑병원 관절센터 권오룡 부원장은 “맞춤형 인공관절 수술은 정밀도가 높아 인공관절을 미리 계획한 자리에 바로 삽입할 수 있다”고 말했다.
3D 맞춤형 인공관절의 또 다른 장점은 인공관절을 다리의 중심축에 정확히 끼워넣는다는 점이다. 인체의 발목에서 골반까지 이어지는 중심을 ‘하지정렬’이라고 한다. 권오룡 부원장은 “하지정렬이 흐트러지면 인공관절의 수명이 줄어든다”며 “맞춤 수술도구로 인공관절을 환자의 하지정렬에 맞게 정확히 삽입할 수 있다”고 말했다. 인공관절 수명이 길어지면 환자의 수술 부담을 덜어준다. 인공관절은 수명이 다하면 재수술이 필요하기 때문이다.
3D 프린터 맞춤 인공관절 수술은 지난해 기준, 전 세계에서 약 4만 예 이상 시행되며 안전성을 검증받았다. 국내에서는 2010년 식품의약품안전처로부터 승인을 받은 후 본격적으로 시행되고 있다.
이민영 기자
