환자 맞춤형 수술 솔루션 전문기업 애니메디솔루션(대표 김국배)의 3D 프린팅 대동맥 재건수술 가이드를 활용한 연구가 미국흉부외과학회 (American Association of Thoracic Surgeon, 이하 AATS)에서 소개됐다.

미국흉부외과학회(AATS)는 흉부외과 분야에서 가장 큰 국제학회로, 사전에 초록이 접수된 연구 중, 소수의 연구에 한해 현장 발표 자격이 주어진다. 이번 학회에서는 연세세브란스 박성준 교수가 ‘3D 프린팅을 이용한 광범위 흉복부 대동맥 재건수술의 전향적 평가 결과 (The Result of Prospective Evaluation of 3D-Printing-Aided Extensive Thoracoabdominal Aorta Repair)’를 주제로 연구 논문을 발표했다. 해당 연구에는 박성준 교수팀, 서울아산병원 심장혈관흉부외과 김준범 교수팀과 애니메디솔루션이 공동 참여했다.

본 연구에서는 개흉 흉복부 대동맥류 수술(open thoracoabdominal aortic aneurysm repair)시 3D프린팅 기술을 접목한 환자 맞춤형 대동맥 재건수술 가이드를 적용해 그 결과를 기존 수술과 비교함으로써 맞춤형 수술 가이드의 유효성을 검증했다.

흉복부 대동맥은 심장에서 나온 가장 큰 동맥인 흉부대동맥, 그리고 복강 내 주요 장기에 혈액을 공급하는 동맥들이 연결돼 있는 복부대동맥을 포함한 광범위한 대동맥이다. 이때, 대동맥의 일부가 정상 직경의 1.5배 이상 늘어난 상태를 대동맥류라고 하며, 흉부 하행 대동맥에서 복부 대동맥까지 침범하기도 한다. 흉복부 대동맥류가 파열된 경우 환자가 사망하거나 심각한 합병증이 발생할 수 있으므로, 동맥류 파열이 발생하기 전에 수술 등의 치료가 필수적이다.

현재 개흉 흉복부 대동맥류 수술은 목표한 분지 동맥(segmental arteries)을 이식편(인공혈관)으로 교체하는 방식으로 진행된다. 이때 인공혈관은 집도의가 수술 중 분지 혈관의 위치 및 구조를 파악하고, 이에 맞게 각 인공혈관을 직접 연결해가며 제작한다.

그러나 환자마다 분지된 혈관의 연결 구조 및 위치가 다르고, 혈관이 심하게 꼬이거나 확장돼 있는 경우가 많으므로 정확하게 이식편을 제작하기 어렵다. 이 때문에 해당 수술은 시간이 오래 걸리는 고위험-고난도 수술이다. 특히 수술 후 합병증으로 약 10%의 환자에게서 하반신 마비가 발생한다.

이에, 연구팀은 빠르고 정확하게 이식편을 구현할 수 있는 3D 프린팅 기반 맞춤형 수술 가이드를 제작해 이를 수술에 적용했다. 또한 기존 수술과의 결과를 비교하기 위해, 수술 가이드를 적용한 실험군과 수술 가이드 없이 기존 수술법을 적용한 대조군으로 나눠 전향적 방법으로 연구를 진행했다. 수술 가이드는 환자의 의료영상에서 추출한 대동맥 중심선을 기반으로 분지 및 내장 동맥의 위치 정보를 종합적으로 반영해 3차원으로 설계됐으며, 3D 프린터로 제작됐다. 또한 수술 가이드는 분지 혈관의 위치를 확인하기 위한 시각화 가이드(Visualization Guide), 그리고 인공혈관의 제작 시 분지 혈관의 정확한 위치를 표기할 수 있도록 돕는 마킹 가이드(Marking Guide)의 두 가지 형태로 적용됐다. 특히, 마킹 가이드를 활용해 목표한 분지 혈관의 위치를 인공 혈관에 표기할 수 있어, 더욱 빠르고 정확하게 이식편을 제작할 수 있게 했다.

수술 결과, 3D 프린팅 가이드를 적용한 실험군에서의 수술 후 사망률, 장애를 초래하는 영구적 뇌졸중 및 SCD(Spinal Cord Deficit) 발생률은 2.6%에 그쳤으며, 이를 종합한 복합결과 발생률은 7.9%로 나타났다. 반면 3D 프린팅 가이드를 적용하지 않은 대조군의 경우, 수술 후 사망률은 9.1%, 영구적 뇌졸중은 11.7%, 영구적 SCD는 10.4%, 그리고 복합결과 발생률은 24.7%로 나타났다.

해당 결과를 통해 환자 맞춤형 대동맥 재건수술 가이드를 적용한 수술이 그렇지 않은 수술 대비 유의미한 차이를 나타냄을 확인했다. 즉, 가이드를 적용하는 경우 사망률 및 부작용이 그렇지 않은 경우에 비해 감소된 것이다.

애니메디솔루션 김국배 대표는 “이번 연구를 통해 고위험-고난도 수술인 흉복부 대동맥류 수술에 3D 프린팅 기술이 접목된 수술 가이드가 성공적으로 활용될 수 있음을 보여주었다”라고 언급했다. 또한, “환자 맞춤형 수술 가이드는 기존 대비 수술 정확도는 높이고, 더 빠른 수술을 가능하게 하므로, 상대적으로 경험이 적은 외과의도 고위험-고난도 수술 시 유용하게 활용할 수 있을 것”이라며, “향후 다른 고난도 수술에도 3D 프린팅 기술이 널리 활용될 수 있도록 연구·개발을 지속하겠다”라고 포부를 밝혔다.

한편 해당 연구 논문은 미국흉부외과학회에서 발행하는 국제 학술지인 JTCVS(The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery) Techniques에의 게재가 확정됐다.