첨단 로봇의 힘! 내 무릎 같은 인공관절 가능하다

국민질환인 '퇴행성 관절염'은 나이가 들면 필연적으로 증가하는 질환이다. 퇴행성 관절염은 대부분 무릎에 생기는데, 체중이 가해지는 무릎 관절 사이에서 완충 작용을 하는 '연골'은 닳기만 하고 재생은 안 되기 때문이다. 대한슬관절학회에 따르면 퇴행성 관절염은 65세 이상에서 유병률이 37.8%에 달한다. 남성에서 20.2%, 여성에서 50.1%로 여성이 남성에 비해 유병률이 약 2.5.배로 높다. 학회에 따르면 관절염은 인간이 겪는 가장 고통스러운 질환의 하나이며, 특히 무릎의 퇴행성 관절염은 통증을 유발하고 보행에 지장을 초래해 일상생활에 장애를 준다.

◇나이 들면 연골 세포 기능 떨어져

관절은 관절 연골과 주위의 뼈, 그리고 관절을 싸고 있는 막으로 구성돼 있다. 나이가 들면서 나타나는 퇴행성 변화는 관절 연골에서 시작된다. 관절 연골 세포는 나이가 듦에 따라 그 기능이 떨어져 연골의 탄력성이 감소하고 외부 충격으로부터 관절을 보호하는 능력이 약해진다. 시간이 흐르면서 연골은 손상이 된다. 연골 손상이 크지 않은 초·중기에는 주사·약물·물리치료 등 보존적 치료를 통해 통증을 줄이고, 무릎 주변 근력을 향상시켜 관절염 진행을 늦출 수 있다. 그러나 연골이 모두 닳은 말기에는 손상된 관절 뼈를 깎고 인공관절로 교체하는 수술을 해야 한다.

◇인공관절, 정확도가 생명

인공관절 수술은 낡은 관절의 위아래 끝부분을 절삭한 후 인공관절을 삽입하는 수술이다. 무릎은 체중을 지탱하는 부위인 만큼 정확히 삽입해야 오래 쓴다. 그러나 수술이 그렇게 간단한 것이 아니다. 사람마다 얼굴이 다르듯이 무릎 관절의 생김새도 다르다. 환자마다 다른 관절의 크기와 인대·힘줄·근육 같은 무릎 주변 연부조직의 상태를 고려해서 개개인에게 가장 적합한 수술을 해야 한다. 인공관절 수술은 '평생 한 번' 할 수 있다고 생각하고, 한번 할 때 정확하게 수술해야 수명이 길어진다. 최근에는 인공관절 수술에 로봇 시스템을 적용해 수술 오차를 더욱 줄이고 있다.

◇환자마다 다른 무릎 관절 고려해 정확도 높여

인공관절 수술에 로봇은 2000년대 초반에 도입됐다. 환자 사례가 쌓이고 장비가 업그레이드 되면서 발전을 거듭하고 있다. 최근에는 인공관절 수술 로봇 중에서 '마코 스마트로보틱스(Mako SmartRobotics)'가 주목을 받고 있다. 마코 스마트로보틱스는 세계 최대 정형외과용 로봇수술 기기 회사인 스트라이커에서 2006년 개발했으며, 미국식품의약국(FDA) 승인을 받았다. 지금까지 미국·유럽 등 26개국에 2019년 기준 850대 이상 판매됐고, 인공관절 수술도 30만건 이상 이뤄졌다. 하버드대병원, 메이요클리닉 등 전 세계 유수 의료기관뿐만 아니라 국내에서는 2018년부터 세브란스병원, 서울대병원 같은 대학병원과 힘찬병원 등 관절전문병원에서 도입해 사용하고 있다. 한국스트라이커 심현우 대표이사는 "마코 로봇은 지금까지 150여 건의 연구 논문이 발표돼 효과와 안전성이 입증됐다"고 말했다.

마코 로봇을 이용하면 수술 전, 수술 중, 수술 후 반복해서 수술이 정확하게 이뤄지는지 확인할 수 있다. 먼저 수술 전 CT 촬영을 통한 3차원 환자 영상자료를 분석, 인공관절 삽입 시 필요한 관절의 최소 절삭 범위를 설정한다. 수술장에 들어가서는 의사가 환자 피부를 절개한 후 직접 무릎 뼈의 상태를 재확인하는 작업을 거친다. CT 영상을 토대로 수치화한 데이터를 의료진이 직접 확인하는 작업을 거치는 것이다. 막상 무릎을 절개하면 뼈의 표면이 불규칙한데, 90개 정도 점을 찍어 프로그램에 입력된 데이터를 수정·보완한다. 이 입력 값을 바탕으로 로봇에서는 무릎 관절 절삭 범위, 인공관절의 크기와 삽입 위치, 각도를 정확한 값으로 제공한다. 그리고 로봇이 제공한 가이드에 따라 수술 의사는 로봇 팔을 잡고 있으면 뼈가 절삭된다. 인공관절 삽입 때에도 고관절에서 발목에 이르는 하지 정렬을 맞춰서 계산해줄 뿐만 아니라, 무릎을 구부리고 펼 때 달라지는 관절 간격도 수치화해 의사가 확인할 수 있다. 강북힘찬병원 이광원 병원장(정형외과 전문의)은 "로봇 프로그램을 활용하면 기존에는 의사의 눈으로만 확인하던 것을 컴퓨터가 계산한 수치로 확인하고 가상 시뮬레이션을 할 수 있으며, 실제 수술에 적용해 정확도를 크게 높일 수 있다"고 말했다.

◇수혈 비율 줄고, 회복기간 단축시켜

무릎 인공관절 수술은 큰 수술이라 수혈을 해야 할 때가 많다. 그러나 수혈은 감염병 등 다양한 합병증 위험이 있어 꼭 필요할 때를 빼면, 가급적 안 하는 것이 좋다. 로봇을 이용하면 정확한 계산으로 절개가 크지 않고, 하지 정렬 축을 맞출 때 필요한 별도의 기구 삽입 과정이 생략돼 출혈을 줄일 수 있다. 강북힘찬병원 남동철 원장(정형외과 전문의)은 "힘찬병원 데이터를 보면 일반적인 인공관절 수술을 할 때 100명의 환자 중 62명은 수혈을 했지만, 로봇을 이용했더니 수혈을 하는 환자 비율이 20% 정도 줄었다"고 말했다.