가천대 길병원(병원장 김양우)은 정형외과 인공지능 ‘나비오(NAVIO)’ 로봇을 활용해 무릎 인공관절 치환술에 성공했다고 26일 밝혔다.
이는 영국의 스미스앤드네퓨사의 세계적 로봇 ‘나비오’로 이뤄진 사례다.
우리나라에도 정형외과 분야에 인공지능 로봇수술 시대가 개막했음을 알린 것이다.
가천대 길병원 정형외과 심재앙 교수팀은 지난 20일 무릎 퇴행성관절염을 앓고 있던 70대 환자를 대상으로 인공지능 로봇 ‘나비오’를 이용한 인공관절 치환술에 성공했다. 이 환자는 성공적인 수술을 마치고 현재 회복 중이다.
‘나비오’는 인공지능 기계 학습, 증강현실, 해부학, 영상 융합 등 첨단 기술이 집결된 가장 진보된 로봇이다. 특히 나비오는 ‘이미지 프리 플랫폼(Image-Free Platform)’을 탑재하고 있어 로봇을 이용한 인공관절 치환술을 받는 환자라면 반드시 필요한 별도의 컴퓨터 단층촬영(CT) 이미지가 필요 없다.
이미지 프리 플랫폼은 환자의 운동학적 지지(Kinematic Alignment)를 바탕으로 삼차원(3D) 해부학적 정보를 의료진에게 제공하는 시스템이다. 이를 위해 별도로 설치된 자외선 카메라가 십여 개의 센서와 상호작용을 통해 의료진의 미세한 움직임과 환부를 면밀히 분석, 실시간 정보를 증강현실 기술로 제공한다. 이렇게 쌓인 정보는 사전 시뮬레이션 결과와 비교되며 의료진이 정확한 각도와 크기로 수술을 하고 있는지 실시간으로 알려준다.
모니터에는 필요한 절삭 부위를 네 가지 색상을 이용하여 제공하며 보라색(+3mm 이상), 파란색(2mm), 초록색(1mm), 흰색(타겟 존)으로 구분해 제공한다.
이를 통해 의료진은 환자 개인의 상태에 가장 적합한 수술을 진행할 수 있다. 만에 하나 있을 오작동이나 정상 조직의 손상 위험은 로봇이 스스로 위치와 방향을 수정, 보정해 피한다.
수술 시에는 정교하게 구멍을 뚫는 ‘Bur cut guide’ 모드, 구멍을 뚫고, 절삭하는 ‘Distal bur technique’ 모드, 섬세한 부위를 절삭하는 ‘Robotics technology’ 모드가 상황에 맞춰 적용된다.
Distal Bur는 Bur와 Saw에 의한 혼합 접근 방식으로 대퇴골 원위부 절삭 범위에 정확한 위치 가능한 로봇 수술법이다.
Bur cut guides는 로봇을 이용해 Peg holes(핀 구멍)을 뚫는 수술법이다.
Bur all은 로봇이 모든 절삭 과정을 진행하는 방법. Bur만을 이용하는 로봇 수술법이다.
인공지능 로봇 ‘나비오’를 활용한 심재앙 교수는 “집도하는 의사의 인공관절 수술에 대한 높은 이해와 기술이 우선돼야 하지만, 로봇 인공관절 수술은 수술의 정확도를 높이는데 큰 도움이 될 것”이라며 “인공관절 수술을 처음 시작하는 의사들에게 많은 도움이 될 것으로 기대된다”고 말했다.
이어 “로봇 수술은 첨단 기술로 무장해 재수술을 줄이고, 빠른 회복으로 환자 만족도를 높이며, 효율적 의료진 운용, 피로도 증가 및 체력 소모 등을 줄여 합병증을 감소시킬 수 있다”고 덧붙였다.
관절염은 관절 사이의 충격을 흡수하는 연골의 손상으로 심한 통증과 기능장애가 발생하는 퇴행성관절염은 일반적으로 고령 환자에게 많이 발생한다. 우리나라는 고령화가 세계에서 가장 빠른 속도로 이뤄져 2017년 만65세 인구가 14%를 넘는 고령화 사회에 진입하며 퇴행성관절염 환자는 매년 10% 이상 증가하고 있다. 또한 좌식 생활을 하는 한국인은 퇴행성관절염에 더욱 취약하다.
심한 퇴행성관절염이 발생하면 재활로는 치료가 어렵다. 따라서 인공관절 치환술을 받는 게 좋지만, 모든 환자에서 만족스러운 결과를 보이진 않는다. 인공관절 치환술은 사전에 환부를 정확히 계측한 뒤 인공관절 삽입물의 크기에 맞도록 의료진이 환부를 절삭하는 과정이 반드시 필요하다. 이때 절삭 부위의 오류, 크기 조절 실패, 정상 조직의 손상, 인대, 근육, 신경의 손상, 출혈 등이 발생할 수 있다.
인공관절 치환술은 고령화 사회로 환자들의 평균 수명이 늘어나면서 환자의 삶에 많은 영향을 미친다. 따라서 인공관절 치환술에 대한 완벽한 이해와 술기를 갖춘 전문 의료진의 역할이 매우 중요하다.
나비오는 크기가 작고 가벼워 수술방 내에서 차지하는 공간이 작고 자유롭게 이동시킨 후 바로 작동시킬 수 있다. 환자가 수술방을 옮겨 다니는 수고를 덜 수 있다.
심재앙 교수팀은 2년 전에도 세계 최초로 인공관절 삽입물인 후방십자인대보존형ANTHEM을 이용한 인공관절 수술을 성공한 바 있다. 심재앙 교수는 대한슬관절학회 편집, 학술, 홍보위원, 대한관절경학회 학술위원, 대한정형외과학회 심사위원 등을 역임했다.
인공관절 치환술 성장세 주목…평소 관절 건강 챙겨야
인공관절 치환술은 세계적 고령화 추세에 맞춰 괄목할 만한 발전을 하고 있다. 1960년대 영국의 정형외과 의사(John Charnley)에 의해 처음으로 시술된 이래 2019년 인공지능 로봇 수술로까지 발전한 상태이다.
인공관절 치환술은 주로 퇴행성관절염 치료에 활용된다. 퇴행성관절염은 45세 이상 인구의 30% 정도, 65세 이상의 고령자에게 통증과 기능 장애를 유발하는 가장 흔한 원인이다. 특히 평균 수명이 증가하면서 퇴행성관절염 치료의 중요도는 더욱 높아지고 있다.
관절 건강을 위해서는 휴식과 운동이 필요하다. 특히 활동 중 수시로 자주 쉬는 게 좋다. 과도한 관절 부하를 피하고, 비만이 중요한 원인이므로 적절한 체중을 유지해야 한다. 평균 키의 여성이 5kg의 체중을 감소시키면 퇴행성 슬관절염의 발생률을 절반 정도로 줄일 수 있다.
퇴행성 관절염을 예방하는데 좋은 운동은 유산소 운동과 수영이 좋다. 특히 수영은 부력으로 체중이 감소되는 효과를 보여 관절 운동 시 통증이 경감되는 좋은 운동이다. 하지만, 조깅이나 등산은 체중이 많이 실리기 때문에 반복적 관절 운동은 퇴행성관절염 환자에서 좋지 않다.
인천=정창교 기자 jcgyo@kmib.co.kr
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