-3차원 디지털 모델로 금속판 배치 9가지 조건 비교…뒤쪽·위쪽 배치서 구조적 안정성 높아
-수술 경험에 의존하던 금속판 위치 선정에 공학적 근거 제시…향후 임상 연구로 검증

정형외과 의료기기 및 디지털 헬스케어 전문기업 스카이브(SKYVE)는 연세대학교 강남세브란스병원 정형외과 문현수 교수, 세브란스병원 정형외과 김성환 교수 연구팀과 공동으로 수행한 무릎 절골술 관련 연구가 국제학술지 ‘정형외과 스포츠의학 저널(Orthopaedic Journal of Sports Medicine·OJSM)’의 게재 승인을 받았다고 밝혔다.

이번 연구는 외반슬, 이른바 ‘X자 다리’를 교정하는 절골술에서 금속판의 배치 위치에 따라 수술 부위의 안정성과 고정 장치에 전달되는 하중이 어떻게 달라지는지를 분석하기 위해 진행됐다.

연구진은 정상 무릎 컴퓨터단층촬영(CT) 데이터를 기반으로 3차원 디지털 모델을 구축한 뒤 절골술 환경을 구현했다. 이후 금속판의 위치를 앞뒤 방향과 높이 방향으로 달리한 총 9가지 조건을 설정해 절골 부위의 움직임과 금속판·나사에 발생하는 응력을 비교했다.

분석 결과 금속판을 무릎 뒤쪽에 가깝게 배치하면서 지나치게 아래쪽으로 내리지 않았을 때 절골 부위의 미세한 움직임이 가장 효과적으로 줄어든 것으로 나타났다. 금속판과 나사에 가해지는 응력도 다른 조건보다 상대적으로 낮게 측정됐다.

반면 금속판을 앞쪽이나 아래쪽에 배치한 조건에서는 고정 장치에 집중되는 하중이 증가했다. 일부 조건에서는 금속 재료의 허용 한계에 근접하는 수준의 응력도 확인됐다고 연구진은 설명했다.

전체적인 구조적 안정성은 금속판을 뒤쪽과 위쪽에 배치했을 때 가장 높은 것으로 분석됐다. 절골 과정에서 남겨두는 외측 힌지 부위의 안정성만 고려할 경우에는 뒤쪽과 중간 높이의 배치가 상대적으로 적합한 것으로 나타났다.

이번 연구 결과는 그동안 의료진의 수술 경험과 판단에 크게 의존했던 금속판 위치 선정에 정량적인 생체역학 근거를 제시했다는 점에서 의미가 있다.

특히 디지털 생체역학 분석을 활용해 실제 수술에 앞서 금속판의 다양한 배치 시나리오를 비교·예측할 가능성을 제시했다. 환자의 해부학적 구조를 반영한 디지털 모델을 활용할 경우 수술 전략 수립과 의료기기 설계 과정에서도 참고 자료로 활용할 수 있을 것으로 연구진은 보고 있다.

다만 이번 연구는 정상 무릎 CT 데이터를 기반으로 한 디지털 시뮬레이션 결과로, 실제 환자에게 동일한 효과가 나타나는지는 추가적인 임상 연구를 통해 확인해야 한다.

연구진은 향후 실제 환자 데이터를 활용해 금속판 위치와 수술 후 안정성, 회복 결과 간의 연관성을 검증할 계획이다. 이를 통해 정형외과 수술의 표준화와 환자별 수술 계획 수립을 지원하는 기초 자료를 마련한다는 방침이다.

OJSM은 미국스포츠의학정형외과학회(American Orthopaedic Society for Sports Medicine·AOSSM)가 발행하는 국제학술지다.

문현수 교수는 “금속판 위치는 수술 과정에서 의료진이 직접 조절할 수 있는 요소”라며 “추가 장비나 비용 없이도 수술 안정성을 높일 수 있는 가능성을 확인했다는 점에서 의미가 있다”고 말했다.

김성환 교수는 “금속판을 가능한 뒤쪽에 배치하고 지나치게 아래로 위치시키지 않는 것이 안정성 확보에 도움이 될 수 있다”며 “향후 실제 환자를 대상으로 한 임상 연구를 통해 이번 결과를 검증해 나갈 계획”이라고 밝혔다.

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