수술 전 환자의 고유한 다리 상태를 그대로 재현하는 환자 맞춤형 무릎 인공관절 수술이 슬개골(무릎 뚜껑 뼈)의 자연스러운 움직임을 되살려 결과적으로 운동 기능 회복에 큰 도움이 된다는 연구 결과가 나왔다.
가톨릭대 은평성모병원 정형외과 고인준·김용덕 교수와 응용해부학교실 곽대순 교수, 세종대 기계공학과 임도형 교수 공동 연구팀은 한쪽 무릎은 기존의 수술법을, 다른 한쪽에는 환자 맞춤형 수술법을 적용한 총 40차례(20쌍)의 시신 연구 무릎 인공관절 치환술을 시행한 결과 이런 사실을 확인했다고 24일 밝혔다.
연구팀은 동작 분석 시스템으로 무릎 인공관절 치환술 전후의 슬개골 운동 데이터를 수집하고 데이터 밀도를 이용해 패턴을 분석하는 '밀도 기반 군집화 알고리즘'(DBSCAN)을 적용해 치료 결과를 비교했다. 슬개골은 무릎 전면에 위치한 밤알 모양의 뼈로 대퇴골(허벅지 뼈)과 함께 무릎에서 슬개대퇴 관절을 이룬다. 무릎을 굽히고 펴는 동작을 따라 움직이는데, 이에 따라 인공관절 수술 시 슬개대퇴 관절 고유의 움직임을 보존하는 것이 수술 후 기능적 만족도를 높이고 슬개대퇴 관련 합병증 등을 줄이는 데 매우 중요한 것으로 알려져 있다.
그 결과, 환자 맞춤형 관절 치환술은 기존의 관절 치환술보다 고유의 슬개골 운동 역학이 잘 복원되는 것으로 확인됐다. 환자 맞춤형 수술은 슬개골 운동 패턴 대부분이 수술 전과 유사한 양상으로 군집화되는 반면에 기존 수술은 대부분 서로 다른 별개 군집으로 나타났다. 이것이 맞춤형 무릎 인공관절 수술이 기존보다 환자 운동 기능 회복에 효과적이란 '근거'라는 게 이번 연구의 결론이다.
기존의 무릎 관절 치환술은 환자의 무릎 변형이나 연조직(인체의 근육, 근막, 건, 인대, 관절낭, 피부, 지방 등과 같이 뼈나 연골을 제외한 조직) 상태를 고려하지 않고 일률적인 골 절제와 연부조직 균형을 맞추는 방식으로 이뤄졌다. 무릎 전체의 생체역학(힘에 의해 일어나는 인체의 운동성과 관절 부위의 상호작용) 변화가 나타나 수술 후에도 통증이 지속되거나 기능이 떨어지는 한계가 존재했다.
반면에 환자 맞춤형 관절 치환술의 경우, 환자의 무릎 변형 형태에 맞춰 골 절제를 시행하고 연부조직의 긴장도는 유지해 환자의 생체역학을 그대로 보존하는 장점이 있다. 최근 임상 현장에서 주목받고 있지만 지금까지 관련된 기초연구는 부족한 실정이었다.
고인준 교수는 "무릎 관절 운동에서 중요한 역할을 하는 슬개골을 수술 전 고유의 상태로 재현하는 것은 인공관절 치환술 예후를 결정하는 중요한 요소"라며 "이번 연구는 정형외과 분야에서 밀도 기반 군집화(DBSCAN) 알고리즘을 이용해 무릎 관절 운동 시 슬개골 운동 역학을 분석한 최초의 연구다. 생체역학적으로 기존 수술법보다 환자 맞춤형 관절 치환술이 우수하다는 근거를 제시했다는 데 의의가 있다"고 강조했다.
이번 연구는 유럽무릎관절학회 공식학술지 'Knee Surgery, Sports Traumatology, Arthroscopy') 최신 호 온라인판에 게재됐다.
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