국내 첫 3D 맞춤형 수술도구 설계기술 특허 획득

최근 관절·척추병원이 국내에서 처음으로 3D 프린터를 이용한 환자 맞춤형 수술도구 기술에 대한 특허를 획득했다. 강남 연세사랑병원(병원장 고용곤)은 고용곤, 권오룡 원장을 비롯한 인공관절 연구팀이 자체 개발한 3D 맞춤형 수술도구(Patient Specific Instrument·PSI) 설계기술에 대한 2건의 특허를 획득했다고 10일 밝혔다.
강남 연세사랑병원이 특허청으로부터 특허를 획득한 수술도구 설계기술은 ‘브릿지 구조를 포함하는 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드 및 이를 제작하는 방법’과 ‘정렬로드를 포함하는 인공무릎관절 환자 맞춤형 수술가이드 및 이를 제작하는 방법’이다. 이로써 강남 연세사랑병원은 국내에서 처음으로 자체 3D 맞춤형 수술도구 설계 기술을 연구·개발하여 특허를 보유한 유일한 병원이 된다.
강남 연세사랑병원 인공관절 연구팀이 자체 개발한 수술도구는 수술의 정확성을 높이고 수술결과를 더 좋게 하기 위해 기존에 사용되던 맞춤형 수술도구를 보완하여 개선한 디자인이다. 약 2년이상 강남 연세사랑병원 의료진 및 공학계열 엔지니어가 협업해 국내에서 최초로 개발한 기술력이다. 이 기술은 2015년 1월 특허출원 후, 약 1년 9개월여 만에 특허를 획득했다.
맞춤형 수술도구를 자체 개발함으로써, 국내 퇴행성관절염 말기 환자들이 외국 기술력에 의존하지 않고도 맞춤형 수술이 가능해 수술에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있다. 외국에 데이터를 보내고 수술도구를 받는 데까지 약 2~3개월 걸렸던 반면, 국내 기술력으로는 약 2~3주면 충분하다.
또한 3D프린터를 이용한 맞춤형 인공관절 수술은 추가부담이 없다. 현재 의료선진국인 미국에서 동일한 수술을 시행할 경우, 한쪽 무릎에 약 1,000달러(한화 약 113만원)가 발생되며, 양측의 경우 한화로 약 200만원이 넘게 비용이 든다. 자체 기술개발로 선진 의료기술을 비용부담없이 시행할 수 있어 퇴행성관절염 말기 환자들의 수술비 부담을 낮출 수 있다.
맞춤형 수술도구 및 수술 가이드는 인공관절이 가장 정확하게 삽입될 수 있는 기준이 된다. 수술 전 2~3주 안에 MRI 혹은 CT를 찍어 각자 무릎모양의 정보를 얻어 프로그램을 이용해 개개인의 무릎 모양을 만든다. 프로그램을 통해 만들어진 각자 개개인의 무릎 모양을 가지고 실제 수술 전에 컴퓨터 시뮬레이션을 통해서 가상 수술한다. 이 과정에서 인공관절이 가장 정확하게 들어가는 위치에 맞게 개개인의 수술도구(PSI)를 제작한다. 이를 3D프린터로 전송해 개개인의 수술도구를 출력한 후, 실제 인공관절 수술시 관절의 절삭을 위해 이용한다. 맞춤형 인공관절 수술시 정밀하게 설계된 수술도구를 적용하게 되면, 수술의 오차를 최소화할 수 있고 정확성을 높일 수 있다. 하지정렬을 맞추고 인공관절의 위치를 찾는 과정이 축소되면서 수술 시간의 단축과 다른 합병증을 줄일 수 있다. 고관절부터 무릎 중앙, 발목 중앙에 이르는 다리 중심축을 보다 정확히 맞춤으로써, 인공관절의 수명향상 또한 기대해볼 수 있다.
강남 연세사랑병원 인공관절 연구팀은 인공관절 수술의 발전을 위해 꾸준한 연구를 펼치고 있다. 2015년 11월에는 ‘The Effect of Femoral Cutting Guide Design Improvements for Patient-Specific Instruments (환자 맞춤형 수술 기구의 무릎 대퇴골 절개 기구 디자인의 영향)’을 주제로 한 논문이 해외 유력학술지 ‘BioMed Research International’에 발표되기도 했다. 수술시간 단축, 하지 정렬의 정확도 등에서 의미있는 결과를 확인한 연구결과로써, 자체 개발한 맞춤형 수술도구의 수술 정확도에 대한 안정성 및 유효성를 입증했다. 이밖에도 인공관절 수술에 관련한 기초연구 논문 2편이 세계적인 정형외과 학술지 ‘The Knee’에 승인되어 게재될 예정이다.
강남 연세사랑병원 고용곤 병원장은 “퇴행성관절염 말기 환자들을 위한 인공관절 연구 인프라를 구축해 의료진 및 공학도와의 약 2년 동안의 끊임없는 연구를 통해 국내에서는 최초로 인공관절 수술의 정확도를 높이는 3D 맞춤형 수술도구를 설계하는 기술을 개발해 특허를 획득했다”며 “3D맞춤형 수술도구를 이용한 인공관절 수술은 가상의 수술 시뮬레이션 과정을 거쳐 인공관절이 삽입될 가장 이상적인 위치를 계산하고 설계해 3D프린터로 출력한 환자 본인의 무릎에 정확히 맞는 수술도구를 이용하기 때문에, 수술의 정확성이 높고 수술시간의 단축과 합병증 및 부작용 위험을 낮추어 퇴행성관절염 말기 환자들의 안정적인 수술이 가능하다”고 말했다.
[이병문 의료전문 기자]