건양대병원 정형외과 김광균 교수(44)와 건양대 의료신소재학과 김정성 교수(46) 공동연구팀이 무릎퇴행성관절염 환자에게 3D프린팅 기술로 제작된 수술기구를 이용해 개인 맞춤형 인공관절 수술을 중부권 최초로 성공했다.

인공관절 수술은 통증과 염증으로 기능을 잃은 무릎 관절을 인공관절로 대체해 기능을 회복시키는 수술이다. 주로 65세 고령에서 극심한 무릎통증을 호소하는 퇴행성관절염 말기 환자들에게 시행한다.

인공관절은 현재까지 정형화된 제품이 사용되었는데 사람마다 관절 모양과 크기 등이 다르기 때문에 발생하는 부작용도 있었다. 이를 보완하기 위해 개발된 방법이 ‘3D프린터’를 이용한 환자에게 최적화된 인공관절 수술기구 제작이었다.

실제 환자의 무릎 관절 모양과 크기를 정확히 측정해 환자에게 맞는 수술기구를 제작해 진행한다는 점에서 학계의 주목을 받고 있다.

환자 맞춤형 인공관절 수술기구는 먼저 CT 영상을 이용해 환자별 무릎 부위 뼈를 재구성하게 된다. 그 후 시뮬레이션 프로그램을 통해 환자의 무릎에 딱 맞는 수술 도구를 설계한 후 의료용 소재가 적용된 3D 프린터로 출력을 하게 된다.

완성된 수술기구는 인공관절이 삽입될 가장 정확한 위치를 잡아주고 정확한 절삭을 돕는다. 또 수술 시간을 단축시켜 고령 환자의 수술부담을 줄이고 감염이나 출혈, 혈전증 등의 합병증 위험도 낮출 수 있다.

김광균 교수는 “환자마다 뼈의 생김새나 변형상태, 연골 마모정도가 모두 다르기 때문에 오차범위를 최소화하는 것이 무엇보다 중요한데, 앞으로 3D프린터 기술을 활용하면 금속정을 뼈에 삽입하는 과정이 생략되고 합병증이 줄어드는 등 이전보다 훨씬 좋은 결과를 나타낼 수 있을 것으로 기대 한다”라고 말했다. 

특히 이번에 제작된 인공관절 수술기구는 건양대 의료신소재학과 김정성 교수 연구팀이 산업통상자원부에서 지원하는 우수기술연구센터(ATC)사업을 통해 개발이 됐으며 맞춤형 수술기구는 LINC+ 사업으로 구축된 메디바이오 분야 3D프린터를 활용해서 자체 공급했다는 점에서 큰 의의가 있다.

김정성 교수는 “이번 연구 결과는 국내 최초로 대학병원과 공과대학 내에서 자체적으로 인공관절 맞춤형 수술기구를 개발하고 식품의약품안전처 제조업 허가 및 품목신고를 통한 임상적용이라는 점과 임상의학과 공학의 융합연구라는 점에서 큰 의의가 있다”라고 말했다.

향후 건양대병원과 건양대학교 의료신소재학과 간의 융합연구를 통해서 인공관절 수술에 필요한 맞춤형 인공관절을 자급자족할 수 있게 될 것으로 기대되고 있다.

3D프린터를 이용한 생체재료 및 임플란트를 제공한다는 것은 인공관절 수술 뿐 아니라 교통사고나 골종양과 같은 골 결손환자에게 맞춤형 의료서비스를 제공할 수 있기 때문에 이번 수술성공이 갖는 의미가 크다.