뼈에 생기는 종양은 눈으로 보이지 않을 뿐 아니라, 방사선 사진만으로 크기나 위치를 감별하기 힘들다. 이로 인해 수술해도 종양이 완벽히 절제되지 않거나, 뼈를 필요 이상으로 절제하게 되는 경우가 있다. 이를 방지하고자 영상이미지를 통해 암과 주위 조직을 구분하고 현재 수술 위치를 안내하는 수술용 기기가 이용되고 있지만, 가격이 비쌀 뿐 아니라 장비의 부피가 크고 사용법이 복잡하다는 단점이 있다.
이에 국내 연구진이 골종양 수술에 도입할 수 있는 증강현실 시스템을 개발했다. 분당서울대병원 정형외과 조환성 교수팀은 대구경북과학기술원 로봇공학과 홍재성 교수와 함께 세계 최초로 태블릿 PC에서 사용 가능한 ‘골종양 수술용 증강현실 시스템’을 만들었고, 증강현실 시스템을 적용한 골종양 수술을 성공적으로 시행했다. 증강현실 시스템은 CT, MRI 등 영상진단이미지를 통해 확보한 종양의 위치와 크기를 프로그램에 입력하면, 사용자 눈에 보이지 않았던 종양의 위치 정보를 원래의 환경에 존재하는 것처럼 태블릿 PC에 표시한다.
조환성 교수팀은 동물실험을 통해 증강현실을 이용한 골종양 절제수술이 기존의 수술방법보다 정확도가 높았음을 증명했다. 총 123개의 돼지 대퇴골 중 82개의 대퇴골에 대해서는 증강현실 시스템을 통한 수술로 골종양을 절제했고, 41개의 대퇴골에 대해서는 증강현실 시스템의 활용 없이 기존방식대로 절제수술을 진행했다. 그리고 절제된 종양을 통해 안전거리를 얼마나 지켜 암과 주위 조직을 절제했는지 두 수술 결과를 비교했다.
보통 종양을 절제할 때는 암의 경계로부터 10mm 정도의 안전거리를 두고 암을 포함해 주위 정상조직을 절제하게 된다. 예를 들어, 골종양의 크기가 직경 30mm라면 10mm의 안전거리를 양쪽으로 적용하고 종양을 포함해 직경 50mm 정도로 조직을 제거한다. 그 안전거리를 최대한 벗어나지 않도록 절제를 해야 재발을 예방하고, 수술 후 뼈 조직의 기능을 유지하는 데에 도움이 될 수 있다.
이를 기반으로 조 교수팀은 증강현실 시스템을 활용한 골종양 절제수술과 기존수술법으로 진행한 수술에 대해 10mm의 안전거리에서 벗어난 오차를 양쪽으로 측정했다. 비교결과, 증강현실 시스템을 통한 수술의 절제면에서는 A등급인 3mm 이하의 오차를 보인 경우가 90.2%, B등급인 6mm 이하의 오차가 9.8%로 확인됐다. 반면, 기존수술법에서는 A등급이 70.7%, B등급이 19.5%, C등급인 9mm 이하의 오차가 6.1%였으며, 나머지 D등급인 3.7%에서는 안전거리를 확보하지 못해 종양을 남겨두고 절제했거나 9mm 넘는 오차를 보이기까지 했다.
아울러 조환성 교수팀은 정강이뼈에 골종양이 발생한 환자의 수술에 증강현실 시스템을 적용, 불필요한 절제를 최소화하면서도 종양을 안전하게 절제하는 수술에 성공했다. 조 교수는 “증강현실 기법을 골종양 수술에 활용함으로써, 기존의 복잡하고 값비싼 수술용 네비게이션 장치의 단점을 보완했다”며 “간편한 태블릿 PC를 사용해 안전하고 완벽하게 골종양을 제거하면서도 최대한 뼈를 살려 수술 후 팔·다리의 기능을 극대화할 수 있게 됐다”고 말했다. 조환성 교수는 현재 팔·다리뼈에 발생한 암 수술용 프로그램뿐 만 아니라, 골반뼈에 생긴 암에도 적용할 수 있는 증강현실 소프트웨어 개발도 진행 중이다.
이번 연구결과는 세계적으로 권위 있는 정형외과학술지인 '골관절연구지(Bone and Joint Research)' 3월호에 게재됐다.