[건강한 가족] 로봇이 무릎뼈 절삭 정확도 높여 인공관절 수술 완성도 업!

중앙일보

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병원 탐방 부산힘찬병원

부산힘찬병원 손강민 원장이 마코 로봇을 사용한 인공관절 수술을 시연하고 있다. 병원은 지난해 12월 로봇을 도입한 이후 1000건 이상의 임상 경험을 누적했다. 김동하 객원기자

의료용 로봇을 활발하게 사용하는 수술 분야 중 하나는 인공관절이다. 인공관절 수술 로봇(마코 스마트로보틱스)은 컴퓨터 본체에 로봇 팔이 달렸다. 의사가 컴퓨터 시뮬레이션으로 수술 범위를 계산하고, 도출한 데이터값에 따라 로봇 팔을 사용해 무릎뼈를 깎는다. 숙련된 의사의 수술 기술에 로봇의 정확함을 더한 의료진과 로봇의 협력 수술이다. 부산힘찬병원 손강민 원장은 “로봇 인공관절 수술은 더욱 세밀하고 정확하게 조작할 수 있어 환자 맞춤형 수술이 가능하다”며 “환자마다 다른 뼈 상태에 맞춰 다양하게 시뮬레이션을 해보고, 수술 결과를 예측한 다음 환자에게 적용한다”고 말했다.

무릎 인공관절 수술의 완성도는 고관절에서 발목에 이르는 하지의 정렬 축을 얼마만큼 정확히 바로잡아 인공관절을 끼워 넣느냐에 좌우된다. 그러려면 수술 범위를 정확히 계산하는 것이 관건이다. 체중이 지나가는 선인 하지의 정렬 축을 바로잡고, 다리를 굽혔다 폈을 때 인공관절과 뼈 사이의 ‘간격’을 정교하게 맞춰 줘야 한다. 그래야 인공관절 수술 후 기능 회복이 좋고 하중이 한쪽에 치우치지 않아 인공관절에 무리가 덜 간다.

수술 계획서 벗어나면 로봇 팔 자동 정지

마코 로봇을 활용한 수술 과정은 이렇다. 먼저 환자 다리뼈의 컴퓨터단층촬영(CT) 영상을 컴퓨터 화면에서 3차원으로 구성한다. 그런 다음 환자의 다리뼈에 센서를 부착한 안테나 역할의 기둥을 삽입하고, 컴퓨터가 이를 실시간으로 인식하도록 동기화한다. 의사는 컴퓨터 화면에서 데이터값을 조정해가며 설정값에 따른 환자의 다리 모양과 무릎을 굽히고 폈을 때의 간격 변화를 시뮬레이션해볼 수 있다.

의사는 영상만으로는 확인하기 어려운 환자의 인대·근육 상태를 실시간으로 보면서 이를 고려해 수술 계획을 보완한다. 무릎 인대·근육의 상태에 따라 인공관절이 받는 압력이 달라진다. 이런 과정을 거쳐 뼈를 절삭할 범위와 인공관절 삽입 위치를 결정하면 로봇에 데이터값을 입력한다. 그런 다음 의사가 로봇 팔을 움직이면서 설정값대로 뼈를 깎아 수술을 진행한다. 손 원장은 “수술 중 계획에서 벗어난 부분을 깎으려고 하면 로봇 팔이 자동으로 움직임을 멈춘다”며 “주변의 미세한 조직 손상을 줄일 수 있다”고 말했다.

일반 인공관절 수술을 할 땐 X선 촬영을 한 뒤 무릎 쪽을 절개한다. 의사는 맨눈으로 보면서 해부학 공식과 경험을 바탕으로 절삭 범위와 인공관절 삽입 위치를 결정한다. 또 수술 시 뼈나 골수에 기구(절삭 가이드 등)를 박고 이를 이동해가며 뼈를 깎는다. 손 원장은 “마코 로봇은 육안으로는 알 수 없었던 정보를 제공해 수술의 오차를 줄일 수 있도록 돕는다”며 “0.1도, 0.5㎜와 같은 미세한 단위로 각도와 간격을 조정할 수 있다”고 말했다.

환자가 다리 굽히거나 펼 때 편의성 향상

마코 로봇을 통한 인공관절 수술은 일반 수술보다 수술 중 출혈이 감소하거나 통증이 적고 무릎 운동 범위를 증가한다는 보고와 논문들이 있다. 하지만 아직 장기적인 연구결과는 아니다. 김태균 의무원장은 “통계적으로 유의미하려면 10년 이상의 추세를 관찰해 근거를 제시해야 하는 것이라서 앞으로 관련 연구가 좀 더 쌓여야 한다”며 “다만 누적된 임상 경험에 비춰 볼 때 환자의 수술 부위가 덜 붓고, 조금 덜 아파하거나 재활이 수월하다고 평가된다”고 말했다. 그는 이어 “로봇 인공관절 수술은 관절면과 인공관절 사이의 간격을 더 잘 맞춰 놓을 수 있는 이점이 있어서 환자가 다리를 굽히거나 펴는 것이 좀 더 편하고, 인공관절의 수명이 오래갈 수 있을 거라고 예측한다”고 덧붙였다. 관절 간격이 불균형할 경우 간격이 좁은 쪽의 인공관절이 빨리 닳는다.

마코 로봇은 미국의 의료기관인 메이요 클리닉과 뉴욕대병원 등을 비롯해 독일·영국 등에서 사용되고 있다. 첨단 수술법으로서 안전성·효과를 검증하는 연구와 토론이 활발하다. 손 원장은 “미국에서는 마코 로봇을 사용하는 의료진들이 마코를 더 효율적으로 활용하는 방법을 다각도로 토론하고 정보를 교환한다”고 말했다. 환자의 뼈 모양에 따라 어떤 방법과 기준을 사용해 시뮬레이션했을 때 더 좋은 결과가 나오는지와 같은 주제들이다. 김 원장은 “각기 다른 환자의 뼈 모양에 적용할 데이터값을 도출하는 데에는 다양한 접근법이 있고, 무릎뼈를 깎는 순서와 방향을 변화시켜 응용하기도 한다”며 “국내에서도 다음달 초 마코를 활용하는 의료진이 처음으로 모이는 화상 토론회가 열리는데 수술의 신뢰도를 높이는 정보 공유의 장이 마련될 것으로 기대한다”고 말했다.

김태균 부산힘찬병원 의무원장이 알려주는 인공관절 수술 전후 관리법

1. 수술 전 무릎 주사 시술 금지
인공관절 수술 후 걱정되는 대표적인 합병증은 감염이다. 약 1%의 환자에게서 발생한다. 감염이라고 하면 수술 과정 중에만 발생하는 것이라 생각할 수 있는데 그렇지 않다. 여러 감염 경로가 있다. 대표적으로 무릎에 주사 시술을 받은 경우다. 수술 전 무릎에 주사 시술을 받은 환자는 감염률이 월등히 높다는 통계가 있다. 주사로 찌르는 것 자체가 무릎 안과 밖을 연결해 주는 통로를 만들어 준다. 또 염증 반응을 억제하기 위해 맞는 스테로이드는 환자의 면역 환경을 떨어뜨리는 역할을 한다. 면역 반응은 균이 체내에 들어왔을 때 방어하는 힘인데, 이를 억제하면 수술 시 감염률이 올라간다. 따라서 수술을 고려한다면 웬만하면 주사 시술을 받지 않을 것을 권한다. 주사 시술뿐 아니라 뜸·침도 무릎 절개 부위가 오염될 수 있으므로 수술 전에는 가급적 피하는 게 좋다. 당뇨 같은 전신 질환은 혈관·신경에 영향을 미치므로 수술 전에 혈당 조절을 철저히 해야 한다.

2. 수술 후 3개월은 철저히 낙상 주의
수술 후에는 절대로 넘어져서 다치면 안 된다. 초기 3개월 동안 넘어지지 않는 게 가장 중요하다. 넘어져서 골절이 생기면 아무리 정교하게 잘 마무리한 수술이어도 의미가 없다. 욕실 바닥에 고무판을 깔고, 걸려 넘어지지 않도록 바닥에 물건과 전선을 정리하면서 낙상을 주의해야 한다. 3개월간은 무릎에 부기가 있으므로 얼음찜질을 해주면 된다. 수술 이후엔 몇 개월에 걸쳐 무릎관절 운동과 근육을 회복하는 재활 운동을 한다. 이때 관절이 생각만큼 꺾이지 않는다고 조급해하지 말고, 1년 정도는 시간을 두고 적응하는 과정을 거치며 기다려야 한다.

3. 수영·실내자전거로 근력 강화
무릎관절에 좋은 운동은 수영·실내자전거다. 두 발이 지면에 닿지 않으므로 무릎관절에 부담을 주지 않고, 허벅지 근력을 키울 수 있다. 허벅지 근육은 관절 건강과 직결된다. 체중을 지지하고 무릎이 받는 충격을 흡수해 무릎을 보호한다. 가급적 등산보다는 평지를 걷고, 평지를 걸을 때도 무릎에 통증·부기 같은 불편한 증상이 생기지 않을 정도로 가볍게 걷는 것을 권한다. 인공관절이 자리를 잡은 후인 6개월~1년 이후에, 한번 걸을 때는 한 시간 이내로 걷는 것이 좋다. 수술했다고 무리하게 쓰지 말고 양반다리나 쪼그려 앉기는 피하는 등 항상 무릎을 관리하는 생활습관을 가져야 한다.

이민영 기자 lee.minyoung@joongang.co.kr