'정교함 끝판왕' 인공관절 수술…절삭면 딱 짚어주는 AI[빠정예진]

[서울=뉴시스] 류난영 기자 = #.  좌측 무릎관절 퇴행성관절염 말기 환자인 60대 남성 A씨는 연골이 마모되고 심한 내측 변형으로 통증이 심하고 보행에 어려움을 겪어 병원을 방문했다. 의료진 진료 결과 무릎이 안쪽으로 휘어져 있는 등 내측 변형이 27도로 심했고 골반도 틀어져 있는 상태였다.

통상 15도이상 변형된 무릎은 수술과정이 복잡하고, 또 하더라도 정확하게 교정하기가 어려운 까다로운 수술로 꼽힌다. 아주 작은 오차가 있거나 정확도가 떨어지면 재수술을 해야하기 때문에 정확한 절삭면을 파악하는 것이 중요하다. 의료진이 환자의 무릎 MRI(자기공명영상)를 AI(인공지능)로 분석하자 정확한 절삭면을 알려줬다. 그는 AI·3D 맞춤형 인공관절 수술 수술로 무릎이 정확하게 교정됐고 골반도 균형이  잡혔다.

환자의 무릎 구조를 3D프린터로 정밀하게 구현하는 '개인 환자 맞춤형 수술도구'(PSI)에 인공지능이 최적의 하지 정렬과 절삭 범위를 설정하는 '네비게이터'가 결합된 'OnKnee-U(온니유)'다.

환자 맞춤 AI 가이드를 통해 수술실에서 절삭 오차를 줄이고 인공관절 삽입 정확도를 높이는 데 도움을 준다. 또, MRI 기반 3D 모델링을 통해 환자의 연골 상태 등 뼈만으로는 파악하기 어려운 해부학적 특성도 파악할 수 있다.

무릎 인공관절 수술은 퇴행성 변화로 마모된 연골 대신 인공 구조물을 삽입해 통증을 완화하고 보행 기능을 회복시키는 치료법이다. 그동안 규격화된 표준 수술 기구를 사용하는 것이 일반적이었으나, 환자마다 상이한 뼈의 모양과 변형 정도를 완벽히 반영하기에는 한계가 있었다.

이러한 제약을 극복하기위해 연세사랑병원과 인공관절 전문기업 스카이브는 2017년부터 공동 개발해온 '3D 프린터 기반 개인 맞춤형 수술도구(PSI)'를 한 단계 더 고도화했다. OnKnee-U(TKR)는 최근 보건복지부 신의료기술 유예를 통과하며 지난 1일부터 2년간 임상 현장에서 공식적으로 사용이 가능해졌다.

고용곤 병원장은 "AI가 MRI 영상을 분석해 개개인의 연골 두께까지 고려해서 수술전 시뮬레이션을 하기 때문에 인공관절수술의 정확도를 높일수 있다"고 말했다.

OnKnee-U(TKR)의 핵심은 지난 약 10년간 연간 2000건 이상의 인공관절 수술에 3D 프린터 기반 개인 환자 맞춤형 수술도구를 실전에 적용하며 축적한 대규모 임상 데이터를 AI 알고리즘에 통합했다는 점에 있다.
 
기존의 수술도구는 환자의 무릎을 CT(컴퓨터단층촬영)나 MRI(자기공명영상)로 촬영한 데이터를 바탕으로 뼈 모양을 3D 프린터로 복제해 수술 전 미리 끼워보는 일종의 '맞춤형 가이드' 역할을 해왔다.

병원은 이미 오랜 기간 이 기술을 통해 ▲하지 정렬 분석의 정밀도 향상 ▲절삭 오차 최소화 ▲수술 시간 단축 ▲복잡 변형 교정의 정확도 개선을 구현해왔다. 이번에 유예를 통과한 OnKnee-U(TKR)는 여기에 핵심 기능인 '지능'을 더한 형태다.

기존의 수동식 가이드를 넘어 AI 기반의 정렬 분석·절삭 계획·변형 보정 알고리즘을 추가한 '네비게이터형' 시스템으로 진화한 것이다.

마치 기성복 대신 맞춤 정장을 입는 것처럼 환자의 고유한 해부학적 구조에 밀착되는 도구를 사용해 뼈를 깎아내는 절삭(뼈를 깎아내는 과정) 오차를 최소화하고 수술 시간까지 단축하는 효과를 거둘 수 있게 된 것은 AI의 정밀한 분석 덕분이다.
 
AI는 육안으로 확인하기 어려운 미세한 축 변형까지 정밀하게 포착해 최적의 수술 지도를 그린다. 여기서 하지 정렬이란 골반부터 무릎, 발목에 이르는 다리의 축을 의미하며, 이 축을 정확하게 맞추는 것이 인공관절의 조기 마모를 방지하고 사용 수명을 연장하는 핵심 요소다.

단순한 가이드를 넘어 AI가 실시간 교통정보를 알려주는 네비게이터처럼 최적의 경로를 제시해 물리적 오차를 최소화하는 결과를 기대할 수 있다.

이러한 맞춤형 시스템은 특히 수술 난도가 높은 환자군에서 임상적 가치가 크다. ▲다리 변형이 15도 이상인 경우 ▲외상 후 뼈의 모양이 뒤틀린 경우 ▲기존 금속판이나 나사가 삽입된 경우 ▲해부학적 기준점이 불분명한 복잡한 환자들이 주요 적용 대상이다. 이와 같은 사례에서도 AI는 정교한 계산을 통해 최적의 수술 경로를 제시한다.

이는 첨단 의료 기술의 혜택을 모든 환자에게 환원하여 수술의 정확성과 만족도를 동시에 잡겠다는 병원의 치료 철학이 반영된 결과다.

고용곤 병원장은 "15도 이상의 심한 다리 변형이나 기존 수술로 뼈에 금속이 삽입된 고난도 환자에서 정밀·안전한 수술이 가능하다는 평가가 있다"며 "AI와 3D 프린팅의 결합은 고령화 시대에 급증하는 인공관절 수술의 질을 한 단계 높이는 중요한 전환점이 될 것"이라고 말했다.


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