[건강한 인생] 3D프린터로 만든 맞춤형 인공관절, 정확성·안전성…모두 딱 맞췄네요!

무릎 연골 다 닳은 퇴행성 관절염
3D 이미지로 수술 전 손상부위 파악
수술 간소화로 단시간내 회복 가능

서동석 강남 연세사랑병원 관절센터 소장이 퇴행성 관절염 말기 환자에게 맞춤형 인공관절 수술 도구를 설명하고 있다. 연세사랑병원 제공

서울 강남구에 사는 김지순 씨(가명·69)는 오랜 기간 무릎 퇴행성 관절염을 앓았다. 초기에 간간이 느껴졌던 무릎 통증이 간단한 집안일조차 힘들 정도로 악화했고, 다리가 휘기까지 했다. 이어지는 통증에 병원을 찾은 김씨는 이미 퇴행성 관절염이 많이 진행된 상태여서 인공관절 수술이 필요하다는 진단을 받았다. 김씨는 수술을 앞두고 마음이 무거웠다. 고령의 나이에 수술하기가 부담스러웠던 것이다.

혹시나 수술 후 나타날 수 있는 합병증에도 걱정이 앞섰다. 그러던 중 김씨는 주변 지인으로부터 3D 프린터를 이용한 맞춤형 인공관절 수술에 대해 들었다. 기존 수술보다 정확성이 높고 합병증 예방이 가능해 안전하다는 조언이었다. 고민 끝에 바로 수술을 결정했다.

김씨는 수술 2주 전 자기공명영상(MRI)을 통해 무릎 관절을 측정했고, 3D 프린터로 제작한 맞춤형 수술도구로 인공관절 수술을 받았다. 수술 6개월이 지난 현재 통증이 줄고 휜 다리가 교정됐다. 수술 후 재활운동도 꾸준히 하면서 김씨는 무릎 주변의 근력이 많이 늘어나는 등 만족하고 있다.

극심한 무릎 통증, 퇴행성 관절염 말기

중년 여성 대다수는 무릎 퇴행성 관절염을 앓고 있다. 오랜 기간 가사일을 하면서 무릎 연골이 닳고, 폐경을 거치면서 호르몬 변화로 연골이 약해져 퇴행성 관절염으로까지 진행된 것이다. 퇴행성 관절염은 자체 재생되지 않는 연골의 특성 때문에, 시간이 지날수록 극심한 무릎 통증은 물론 다리 모양이 ‘O자형’으로 휘어 일상생활에 어려움을 준다. 특히 퇴행성 관절염 초·중기에 치료 시기를 놓쳐 극심한 통증을 보이는 말기까지 진행됐다면, 기존 관절을 인공관절로 바꿔주는 수술을 진지하게 고려해야 한다.

인공관절 수술은 염증을 일으키는 관절 대신 새로운 인공관절을 무릎 내에 이식하는 수술이다. 인공관절 수술 후에는 통증의 근본적인 원인이 해결돼 극심했던 통증이 사라지고 무릎 기능이 회복된다. 물론 인공관절 수술은 환자의 몸 상태, 활동량, 수술 정확성 등에서 차이가 있다. 보통 한 번 수술받으면 인공관절의 경우 15년 정도 수명을 갖는다. 수술에 앞서 시기를 잘 고려해야 하는 이유다. 따라서 인공관절은 주로 재수술에 대한 부담이 없는 65세 이상 고령 환자들에게 권유하고 있다.

서동석 강남 연세사랑병원 관절센터 소장은 “퇴행성 관절염 말기는 무릎을 보호하는 연골이 다 닳은 상태를 말하는데, 새로운 인공관절로 바꾸면 통증을 줄이고 무릎 기능을 회복할 수 있다”며 “수술 후에는 재활운동을 통해 인공관절의 위치를 잡아주고 무릎 운동성을 높여 원활한 일상생활이 가능해질 뿐 아니라 적당한 범위 내에서 레저나 스포츠도 즐길 수 있다”고 말했다.

3D 프린터로 맞춤형 인공관절

최근에는 인공관절 수술 기법이 발전하면서 3D 프린터를 이용한 ‘맞춤형 인공관절 수술’이 도입돼 주목받고 있다. 맞춤형 인공관절 수술은 수술 1~2주 전 컴퓨터단층촬영(CT) 혹은 MRI를 통해 무릎 관절의 모양과 크기를 측정한다. 그러고 나서 환자의 무릎을 3D 입체영상으로 만들어 무릎 모양을 재현한 뒤, 3D 프린터를 이용해 환자의 연골 병변 두께, 모양, 하지정렬에 맞는 인공관절 모형과 인공관절이 정확하게 삽입될 수 있도록 환자의 관절 모양을 절삭하는 수술도구를 제작한다. 모형 관절을 통해 무릎 연골의 두께와 모양을 정확히 관찰해 수술계획을 세우고, 제작된 맞춤형 수술도구를 가지고 인공관절 수술을 시행한다. 이 수술법은 미국에서는 2009년부터 시행됐다. 국내에서는 2010년 식품의약품안전처로부터 승인받은 이후 본격적으로 이뤄졌다. 지난해 기준으로 세계에서 4만례가량 시행된 것으로 보고되고 있다.

오차 없이 정확한 수술 가능

기존 인공관절 수술은 무릎을 절개한 후에 환자의 무릎관절 모양과 구조를 정확하게 살필 수 있었다. 사전에 예측했던 무릎 모양과 손상 정도가 실제와 다르다면 무릎을 절개한 상태에서 다시 계측하고 손상 부위를 다듬어야 한다. 이 경우 인공관절을 삽입할 위치를 잡기 위해 관절 부위를 절개하면서 인대나 근육, 힘줄 등 주변 연부 조직이 손상될 수 있다. 수술시간이 길어지면서 폐부종, 하지정맥 혈전증, 폐색전증 등의 합병증 위험도 높았다.

하지만 맞춤형 인공관절 수술은 수술 전 3차원 이미지를 통해 환자의 무릎 모양과 중심축을 정밀하게 파악하고 수술계획을 세운다. 수술 중에는 미리 제작된 맞춤형 수술도구를 통해 잘라낼 손상 조직의 위치와 각도를 정확하게 결정할 수 있다. 인공관절이 가장 이상적인 위치에 정확히 삽입될 수 있도록 하는 것이다. 특히 인공관절을 다리 중심축에 들어맞게 정확히 끼워 넣음으로써 절개 부위가 감소하고 수술시간이 줄어드는 장점이 있다. 기존 긴 수술시간에 따른 합병증을 줄일 수 있어 수술의 안전성도 크게 높아졌다. 수술 후 이물감이 적어 보다 자연스러운 관절운동을 할 수 있고, 단시간 내에 빠른 회복도 가능하다.

고용곤 강남 연세사랑병원 원장은 “맞춤형 인공관절 수술은 사전에 환자의 무릎 모양과 손상 정도를 보다 정확하게 파악할 수 있기 때문에 수술의 오차 범위를 대폭 줄일 수 있다”며 “특히 인공관절의 수명에 영향을 미치는 하지정렬을 정확하게 맞출 수 있어 인공관절 자체의 수명 연장도 기대할 수 있다”고 강조했다.

도움말=고용곤 강남 연세사랑병원 원장, 서동석 연세사랑병원 관절센터 소장

이준혁 기자 rainbow@hankyung.com