수술 전 환자의 다리 상태를 그대로 재현하는 환자 맞춤형 무릎 인공관절 치환술이 슬개골의 운동 역학을 수술 전과 동일하게 복원하는데 효과적이며, 이에 따라 수술 후 기능적 만족도를 높인다는 연구결과가 나왔다. 

가톨릭대학교 은평성모병원 정형외과 고인준(교신저자), 김용덕(제1저자) 교수팀은 가톨릭대학교 응용해부학교실 곽대순 교수, 세종대학교 기계공학과 임도형 교수와 공동으로 한쪽 무릎에는 기존의 수술법을, 다른 한쪽에는 환자 맞춤형 수술법을 적용한 총 40차례(20쌍)의 시신 연구 무릎 인공관절 치환술을 시행했다. 

연구팀은 동작 분석 시스템으로 수집한 무릎 인공관절 치환술 전후의 슬개골 운동 데이터를 밀도 기반 군집화 알고리즘(Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise, DBSCAN, 복잡하고 불규칙한 데이터의 밀도를 이용해 군집화(Clustering) 하는 알고리즘으로 데이터 패턴을 효과적으로 분석할 수 있으며, 이에 따라 최근 다양한 영역에서 활용되고 있다)으로 분석한 결과, 환자 맞춤형 관절 치환술에서 기존의 관절 치환술보다 고유의 슬개골 운동 역학이 잘 복원된다는 사실을 확인했다고 7월 24일 밝혔다.

▲ 각 수술법의 수술 전후 슬개골 운동 패턴이 유사한 군집 또는 쌍을 이루는 비율의 비교

환자 맞춤형 수술의 경우, 수술 후 슬개골 운동 패턴 대부분이 수술 전과 유사한 양상으로 군집화 되는 반면, 기존 수술법에서는 수술 전후 슬개골 운동 패턴 대부분이 서로 다른 별개 군집으로 나타났다.  

슬개골은 무릎 전면에 위치한 밤알 모양의 뼈로, 대퇴골과 함께 무릎에서 슬개대퇴 관절을 이룬다. 

슬개골은 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 줄이는데 매우 중요한 것으로 알려져 있다. 

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 수술이 주를 이뤘는데, 이 때문에 무릎 전체의 생체역학(힘에 의해 일어나는 인체의 운동성과 관절 부위의 상호작용) 변화가 나타나며 수술 후에도 통증이 지속되고 기능이 소실되는 한계를 보여 왔다.

그러나, 환자 맞춤형 관절 치환술의 경우, 환자의 무릎 변형 형태에 맞춰 골 절제를 시행하고, 연부조직의 긴장도는 유지해 환자의 생체역학을 그대로 보존하는 장점을 지닌다.

이에 따라 최근 임상에서 많이 적용되고 있으나, 지금까지 우수한 임상결과를 뒷받침하는 기초연구는 부족한 실정이었다.

은평성모병원 정형외과 고인준 교수는 "이번 연구는 정형외과 분야에서 밀도 기반 군집화(DBSCAN) 알고리즘을 이용해 무릎 관절 운동 시 슬개골 운동 역학을 분석한 최초의 연구로, 기존 수술법에 비해 환자 맞춤형 관절 치환술이 고유의 슬개골 운동 역학을 잘 복원해 생체역학적으로 우수하다는 근거를 제시했다는데 의의가 있다"라고 밝혔다. 

고 교수는 이어 "무릎 관절 운동에서 중요한 역할을 하는 슬개골을 수술 전 고유의 상태로 재현하는 것은 인공관절 치환술 예후를 결정하는 중요한 요소"라고 덧붙였다. 

한편, 이번 연구는 'Kinematical alignment better restores native patellar tracking pattern than mechanical alignment'이라는 제목으로 유럽무릎관절학회 공식학술지 'Knee Surgery, Sports Traumatology, Arthroscopy'(IF=3.3) 최신호 온라인판에 게재됐다. 

연구를 주도한 고인준 교수는 무릎 인공관절 치환술 분야 권위자로 환자 맞춤형 수술 및 통증 조절, 재활 프로그램을 도입해 좋은 임상 결과를 내고 있으며 은평성모병원 개원 4년여 만인 2023년 12월 무릎 인공관절 치환술 3,000례 달성을 이끈 바 있다.