비수술적 치료 효과 없으면 수술
‘3D 프린팅’ 도입해 오차 최소화
절삭 기능 수술 로봇 도입 예정


만성질환 유병률 중 1위를 차지하는 질병인 '퇴행성 관절염'은 55세 이상 인구의 80%가 앓고 있다고 할 정도로 그 빈도가 높으며, 평균수명이 높아지면서 환자 수도 현저하게 증가하고 있다. 또한 최근 들어 비교적 젊은 환자들에서도 발생률이 높아지면서 모든 연령대가 주의해야 하는 질환이다.

'퇴행성 관절염'은 오랜 시간에 걸쳐 관절연골이 점차 마모되면서 관절 내 염증과 심한 통증을 일으키고 연골 및 뼈가 비정상적으로 딱딱해지고 골극이 형성되는 현상이 나타나며, 관절 움직임에 따른 마찰을 완충해주는 연골이 없어짐으로 인해 관절을 움직일 때 심한 통증과 운동장해가 나타나게 된다. 이번 제주인의 건강보고서에서는 최성욱 제주대학교병원 정형외과 교수의 도움을 얻어 퇴행성 관절염에 대해 알아본다.

퇴행성관절염의 대표적인 증상은 통증, 부종, 강직이며, 관절면의 조화로운 운동 기능이 소실되고 관절의 불안정성이 나타날 수 있다. 이러한 변화의 마지막 결과는 관절면의 손상이 일어나고, 이에 따르는 관절 기능이 점차적으로 소실되는 것이다.

퇴행성관절염의 진단을 위해 자세한 병력 청취, 신체 검진, 영상 검사까지 체계적인 진단 절차를 시행해야 한다. 영상학적 검사는 관절염의 진단에 필수적인 검사로 단순 방사선 검사(X-ray)에서 자기공명영상촬영(MRI)까지 종류가 매우 다양하다. 단순방사선 사진의 분류 방법들은 많이 소개돼 있으나 대표적으로 퇴행성 관절염에 사용하는 켈그렌-로렌스(Kellgren-Lawrence) 분류는 관절 간격과 골 경화, 골극의 형태를 보아 4단계로 분류를 하며, 마지막 단계인 4단계에서는 수술적 치료를 고려할 수 있다.

퇴행성관절염의 치료의 목적은 변형의 예방과 교정, 기능의 보존 및 회복, 통증 완화에 있으며, 치료의 방법은 비수술적 치료법과 수술적 치료법으로 나눌 수 있다. 비수술적 치료법은 체중감소 및 근력운동과 같은 생활 습관 개선, 그리고 약물치료, 주사치료나 물리치료가 있을 수 있으며, 수술적 치료법은 관절경 수술과 변형 교정술, 인공무릎관절 전치환술이 있을 수 있다.

수술적 치료는 비수술적 치료를 6개월 이상 충분히 했음에도 불구하고 일상생활에 지장이 있을 정도의 통증 또는 운동장해가 지속되는 경우 고려할 수 있다. 대부분의 말기 퇴행성관절염 환자들에게 통상적으로 좋은 예후를 보여왔던 수술적 치료법인 인공무릎관절 전치환술은 최근 의료기기 기술과 재료의 눈부신 발전에 따라 크게 향상된 임상적 결과와 환자 만족도를 보이고 있다.

인공무릎관절 전치환술은 1960년대에 영국의 존 찬리(John Charnley)경에 의해서 처음 시행된 이후 30년간은 대퇴골과 경골 사이 삽입되는 플라스틱의 마모 문제로 인해 60세 이상 환자에게만 제한적으로 시술돼 왔다. 그러나 최근 10년 사이에 강화플라스틱이나 세라믹 같은 반영구적인 생체재료의 개발로 보다 젊은 환자들에게도 그 사용의 폭이 확대됐으며, 최근에는 현대적 금속관절을 이용해 널리 시술돼 사용되고 있으며, 정형외과 분야에서 20세기에 이룩한 가장 뛰어난 치료법 중 하나로 전세계적으로 인정받고 있다. 이미 지난 30년간 그 효과와 안전성이 입증된 수술로써 현재 우리나라에서도 연간 약 2만 명의 환자들이 인공무릎관절 전치환술로 관절염의 고통에서 벗어나 보다 활기찬 삶을 살아가고 있다.

인공관절 전치환술은 병변이 있는 기존의 관절면을 제거하고 그 위치에 인공관절을 치환해 관절이 통증 없이 부드럽게 움직이도록 복원해주는 수술이다. 기존의 관절 기능을 완벽하게 복원하기 위해서는 하지의 정렬을 맞추는 것이 중요하며 수술 전 계획이 정확히 수행돼야 성공적인 수술 결과를 얻을 수 있다. 하지만 환자마다 해부학적 구조가 다르며 수술 역시 각자 다른 의료진에 따라 집도되다 보니 그 정밀함에 있어 한계가 있고, 불가피한 오차로 인한 수술 결과의 차이가 날 수 있는 것이 현실이다.

이를 보완하기 위해 제주대학교병원에서는 현재 3D 프린팅 기술을 이용한 환자맞춤형 인공무릎관절 전치환술(Total Knee Arthroplasty using Patient-Specific Instrument, PSI-TKA)을 도입해 환자들의 수술을 하고 있다. 환자맞춤형 인공무릎관절 전치환술은 퇴행성관절염 환자 개개인의 무릎 컴퓨터단층촬영(Computer Tomography, CT) 영상을 3차원으로 복원, 생체역학적 분석을 통해 최소의 골 절제와 최적의 치환물 삽입이 가능하게 하는 수술 기법이다. 해당 수술법은 기존의 고식적인 인공무릎관절 전치환술과 달리 3D 프린터를 이용한 환자맞춤형 수술기구(Patient-Specific Instrument, PSI)를 사용해 수술 오차범위를 최소화하며 수술의 정확도가 높다.

더불어 기존의 고식적인 수술법에 비해 환자가 부담하는 비용에 차이가 거의 없으며, 특히 과거 골절 수술 병력이나 외상으로 인한 변형이 있어 기존의 고식적인 수술법을 적용하기 어려운 환자들에게도 사용될 수 있다는 장점이 있다. 더 나아가 불필요한 수술 과정을 생략하고 수술 시간을 단축시키므로 그에 따른 합병증 발생률도 낮출 수 있을 것으로 기대되고 있다.

이러한 환자맞춤형 인공무릎관절 전치환술은 환자마다 최적의 수술 계획을 가능하게 하지만 결국은 수술은 의료진이 집도하다 보니 여전히 미세한 오차가 발생할 여지가 남아있게 된다. 따라서 제주대학교병원에서는 완전 자동절삭 기능을 갖춘 인공무릎관절 수술 로봇을 도입할 계획을 가지고 있다.

일반적으로 로봇 수술이라고 하면 로봇이 의료진을 대신해 수술의 전과정을 진행한다고 생각하는 사람들이 많다. 하지만 실제로는 로봇 인공무릎관절 전치환술은 로봇의 도움을 받아 의료진이 직접 수술을 집도하는 것이다. 의료진이 로봇팔을 제어하며 수술을 진행하기 때문에 수술 중 의료진의 임상적 판단에 따라 수술 계획을 수정할 수 있다.

로봇의 높은 정밀성과 정확도로 수술 전 산출된 수치를 통해 1㎜의 오차도 없이 정밀하게 뼈를 절삭한 후 인공무릎관절을 정확한 위치에 삽입하기 때문에 의료진의 오차를 최소화하고 환자에 최적화된 수술을 시행해 기존의 무릎과 동등한 인공무릎관절 기능을 복원할 수 있다. 더 나아가 수술 시간이 단축돼 감염, 출혈 등의 위험도 낮아지고, 수술 절개 크기도 줄어들어 수술 만족도를 크게 향상시킬 수 있을 것으로 기대되고 있다.

송은범기자