“인공관절, 환자마다 3D프린터로 맞춤 제작… 안전성 높여”

4차 산업혁명 시대를 맞아 개인 맞춤형 '정밀 의료'가 떠오르고 있다. '인공관절' 수술이 대표적이다.

인공관절 수술은 1960년대 영국 존 찬리에 의해 개발된 후 60년이 지난 현재까지 이어질 만큼 수술의 효과나 안정성이 입증된 치료법이다.

전 세계적으로 인공관절의 환자 만족도도 81%에 달할 정도로 높다.

하지만 인공관절은 수명이 한정적이다.

이 때문에 의학자와 공학도는 '환자의 만족도 향상'과 '인공연골의 수명 연장'을 목표로 연구를 진행하고 있다.

3D 프린트 기술 도입으로 수술 향상

3일 보건복지부 지정 관절전문 연세사랑병원에 따르면 최근 인공관절 수술의 단점을 보완한 '환자 맞춤형 수술도구인 PSI(Patient Specific Instrument)를 활용한 '3D맞춤형 인공관절 수술'이 등장했다. 이 수술은 연세사랑병원이 국내 최초로 도입했다.

4차 산업혁명을 이끌고 있는 3D프린팅 기술과 3D시뮬레이션 기법을 수술과 인공관절에 접목시킨 것이다.

이를 통해 수술의 오차 범위를 최소화하고 정확한 인공관절 이식이 가능해졌다. 따라서 인공연골의 수명연장도 기대할 수 있게 됐다.

연세사랑병원 고용곤 병원장(정형외과 전문의)은 "컴퓨터 시뮬레이션으로 설계된 수술계획과 3D 프린팅된 '환자 맞춤형 수술도구'를 활용하면 빠르고 안전한 수술이 가능하다"며 "절개 및 절삭 부위를 최소화시킨 만큼 합병증의 위험성도 적고 회복속도가 빨라 수술 이후 만족도가 높고 반응도 좋다"고 설명했다.

인공관절, 개인 맞춤형으로 진화

특히 미국에서는 5년 전부터 개인 맞춤형 인공관절이 상용화되고 있다.

개인 맞춤형 인공관절은 자기공명영상(MRI) 및 컴퓨터단층촬영(CT)을 통해 환자의 무릎 형태에 관한 데이터를 사전 확보한 후 특수 프로그램으로 개인의 무릎 모양을 정교하게 디자인한다. 디자인이 완료된 무릎 모델을 3D프린팅 기술로 출력, 제작해 수술을 진행하는 것이다.

미국에서 개발된 개인 맞춤형 인공관절의 경우 대퇴골(무릎 위뼈)은 환자의 무릎 형태에 맞춰 디자인이 가능하다. 하지만 경골(무릎 아래뼈)의 경우 기존 인공관절 기법과 큰 차이가 없다는 것이 단점이다.

경골 부분 인공관절 연구도 진행

이에 연세사랑병원은 한국생산기술연구원 정경환 박사과 함께 국가 과제로 개인 맞춤형 인공관절에 관한 공동연구에 착수했다.

이 병원은 3년 전부터 개인 맞춤형 인공관절 연구를 진행하고 있다. 특히 경골(무릎 아래뼈) 부분까지도 개인 맞춤방식으로 제작하겠다는 것이다.

실제 국내서 개발한 개인 맞춤형 인공관절 모델과 미국식 개인 맞춤형 인공관절의 마모 테스트를 1년간 시행한 결과 국내 인공관절 모델이 더 마모가 적다는 결과가 도출됐다. 이 연구결과는 인용지수 5.7로 높은 평가를 받는 세계적 학술지를 통해 발표한 바 있다.

고 병원장은 "향후 인공관절의 모델은 개인의 수술도구뿐 아니라 개인의 해부학에 맞춘 맞춤형 인공관절로 개발돼 환자의 만족도나 인공관절의 수명까지도 연장할 수 있다"며 "향후 지속적인 연구를 통해 환자의 만족도를 높이기 위해 노력하겠다"고 강조했다.

[e-mail] 정명진 기자