인사이드 3D프린팅 2016 컨퍼런스 : 신경외과적 임상 적용 및 수술 사례를 통한 3D프린팅 의료기술의 현재와 미래

인사이드 3D프린팅 2016 컨퍼런스 메디컬 트랙에서의 두번째 연제는 [신경외과적 임상 적용 및 수술 사례를 통한 3D프린팅 의료기술의 현재와 미래(The Neurosurgical Application of 3D Printing)]입니다. 

<연자분의 요청으로 발표 슬라이드 및 사진 부분은 설명으로 대체합니다. 이점 양해부탁드립니다>

연자는 연세대학교 신경외과 심규원 교수님이십니다. 굉장히 시크하시고 카리스마 넘치는 분이시더군요. 발표 내내 눈을 뗄 수가 없었다는..

특히 실제 의료현장에서 3D프린팅 기술을 사용하고 계시는 임상의사의 관점에서 바라본 현실에 대해 이야기해주셨습니다.

신경외과적으로 두개골 결손은 두개골 종양이나 외상, 감염 등에 의해서 발생할 수 있는, 신경외과적으로 흔히 발생하는 상황이라고 합니다. 이를 수술할 때 두개골은 열고나서 반드시 닫아주어야 하는데, 미용적인 기능도 있지만 외상에 대해 보호를 해주고 뇌척수액의 순환을 유지시켜주며 pseudomeningocele을 예방하는데 두개골은 중요한 역할을 합니다.

어떤 상황에서든 발생한 두개골 결손을 재건하는 두개골 성형술은 그 두개골 결손을 막아주기 위해 여러가지 물질을 사용하게 되는데요. 

자신의 뼈, Methyl methacrylate, calcium phosphate bone cement, titanium mesh가 그 후보가 될 수 있습니다. 

자기 자신의 뼈를 사용하여 두개골 결손에 사용하는 것이 생체적합성 면에서 최고입니다만, 아무래도 조직 자체가 몸 밖으로 나갔다가 다시 들어오는 것이기 때문에 감염의 위험이 있구요, 시간이 지나면서 녹는 문제가 발생하여 결손이 재발하는 경우가 많다고 합니다. 

실제 환자 자신의 뼈를 사용하여 두개골 결손을 재건하더라도,경과관찰을 해보면 두개골 결손 부위에 채워넣어 고정했었던 자가골이 녹아서 결손이 다시 생긴 것을 CT상으로 볼 수 있다고 합니다. 

자가골 대신에 사용된 물질로, 초창기 두개골 성형술에서 두개골 결손을 재건하기 위해 Poly(methyl methacrylate), PMMA가 사용되었다고 합니다. 수술장에서 PMMA를 직접 두개골 결손크기와 모양에 맞추어 손으로 구부리고 조작한 뒤 이를 사용해서 두개골 결손을 재건하셨다고 하네요. 

1봉지에 15만원 정도이고 우리나라에서 보험이 되지만, 결손 크기가 커지면 사용하기 어렵고 손으로 성형할 수 있는 시간이 3분 정도밖에 되지 않아 조작이 어려웠다고 하시더군요. 

특히 PMMA를 조작하고 굳히는 과정에서 열이 발생하여 조직독성을 나타내는 문제도 있었고 가장 큰 문제점으로 시간이 지나면서 변형이 발생했다고 합니다. 

그래도 초창기에는 대체할만한 다른 물질들이 없어, 이 PMMA를 손으로 조작하는 과정을 시간적으로 좀 더 단축시키고 더 정확하게 시행하기 위해 위와 같이 두개골 결손부위를 3D프린팅한 후 이를 몰드처럼 사용해서 여기에 PMMA를 대고 모양을 맞추는 기술을 개발하셨는데요. CT로도 확인한바 두개골 결손 부위가 훨씬 자연스럽게 재건되었음을 확인할 수 있었다고 합니다. 하지만.. 안타깝게도 보험 허가를 받지 못하셨다는....ㅠ

두개골 결손을 재건하는 또다른 물질인 calcium phosphate bone cement가 있는데, 양은 엄청 적은데 가격이 엄청 비싸다는 단점이 있구요. 

PEEK의 경우 bone이 잘 붙지 않는 불유합(non-union) 문제가 심각했다고 합니다. 

여러 단점을 보완하고자 개발된 것이 바로 티타늄 메쉬인데요. 이 티타늄 메쉬는 두개골 재건 뿐만 아니라 안와벽이나 골반, 척추쪽을 재건할 때도 사용될 수 있습니다. 

특히 3D프린팅 기술을 사용해서 티타늄 메쉬를 환자의 해부학적 구조에 딱 맞게 설계해서 제작함으로써 수술 결과를 높인다고 하네요. 

수술하신 한 환자는 50대 남환으로 교통사고로 머리수술 후 두개골 결손을 자가골로 재건했으나 몇년 뒤 이 자가골이 얇아지고 농이 차면서 이를 제거하였고 이 두개골 결손 부분을 재건하기 위해 티타늄 메쉬를 사용하였는데, 매우 광범위한 부분을 3D프린팅한 티타늄 메쉬로 수술하였으며 CT상으로는 매우 fancy한 결과를 보였습니다. 

다른 40대 여환분은 감염으로 CT상에서 확인되는 광범위한 두개골 결손이 발생했는데요. 이를 3D프린팅한 티타늄 메쉬를 사용해서 수술했더니 수술 후 CT상에서 정말 감쪽같이 재건되었다고 하네요. 

앞서 말씀드린 자가골을 사용해서 두개골 결손을 재건했다가 녹아 없어져서 결손이 재발된 환자도 3D프린팅한 티타늄 메쉬를 사용해서 성공적으로 재건했다고 합니다. 

그동안 3D프린팅한 티타늄 메쉬를 사용해서 두개골 재건을 한 케이스들을 모아서 Journal of Craniofacial Surgery에 논문을 내셨구요, 교수님 말씀으로는 3D프린팅한 수술재료를 실제 많은 환자들한테 시술해서 장기 경과관찰 결과를 얻은 경우는 이게 최초라고 하시더군요. 

저도 매우 흥미로워서 한번 찾아봤습니다. 

Cranioplasty Enhanced by Three-Dimensional Printing: Custom-Made Three-Dimensional-Printed Titanium Implants for Skull Defects.

Park EK, Lim JY, Yun IS, Kim JS, Woo SH, Kim DS, Shim KW.

The authors studied to demonstrate the efficacy of custom-made three-dimensional (3D)-printed titanium implants for reconstructing skull defects. From 2013 to 2015, 21 patients (8-62 years old, mean = 28.6-year old; 11 females and 10 males) with skull defects were treated. Total disease duration ranged from 6 to 168 months (mean = 33.6 months). The size of skull defects ranged from 84 × 104 to 154 × 193 mm. Custom-made implants were manufactured by Medyssey Co, Ltd (Jecheon, South Korea) using 3D computed tomography data, Mimics software, and an electron beam melting machine. The team reviewed several different designs and simulated surgery using a 3D skull model. During the operation, the implant was fit to the defect without dead space. Operation times ranged from 85 to 180 minutes (mean = 115.7 minutes). Operative sites healed without any complications except for 1 patient who had red swelling with exudation at the skin defect, which was a skin infection and defect at the center of the scalp flap reoccurring since the initial head injury. This patient underwent reoperation for skin defect revision and replacement of the implant. Twenty-one patients were followed for 6 to 24 months (mean = 14.1 months). The patients were satisfied and had no recurrent wound problems. Head computed tomography after operation showed good fixation of titanium implants and satisfactory skull-shape symmetry. For the reconstruction of skull defects, the use of autologous bone grafts has been the treatment of choice. However, bone use depends on availability, defect size, and donor morbidity. As 3D printing techniques are further advanced, it is becoming possible to manufacture custom-made 3D titanium implants for skull reconstruction.

J Craniofac Surg. 2016 Jun;27(4):943-9.

관심있으신 분들은 한번 읽어보셔도 좋을 듯 합니다. 

3D프린팅 기술이 두개골 재건에만 사용되는건 아니구요. 척추 골반쪽 수술할 때 수술 전 수술부위 디자인할 때 사용되기도 하구요. 가볍고 강도가 강하며 수술적 고정이 용이한 특성을 가진, 3D프린팅된 티타늄 메쉬를 사용해서 척추 골반 부위 재건도 가능합니다. 

이미 세브란스 병원에서는 진행이 되고 있더군요.... 엄청납니다. 

10대 여자 환자의 천골(sacrum) 부위에 발생한 osteosarcoma라는 악성 종양을 제거하고 그 부위를 제건하는데 있어서 3D프린팅된 티타늄 메쉬를 사용하였던 바, 수술시간이 기존 10~11시간에서 5시간 반으로 단축되었고, 환자의 회복도 빨라 저렇게 큰 수술을 했음에도 불구하고 2주만에 거동이 가능했다고 하더군요. 

그리고 3D프린팅 기술을 이용하면 sacrum 부위에 지나는 수많은 신경들을 다치치 않게 재건할 수 있다고 하네요. 신경을 다치지 않게 하는게 왜 중요하냐면, 저쪽 부위의 신경이 다치면 소변이나 대변보는 등의 삶의 질에 큰 영향을 주는 요소들이 매우 악화되기 때문이지요ㅠ

그래서 소위 PSI, Patient-Specific Implant, 환자맞춤형 임플란트를 만드는 데 있어서 3D프린팅 기술이 큰 도움이 됨을 알 수 있습니다. 

특히 티타늄 같은 경우는 가공하기가 매우 어려운데, 3D프린팅 기술을 사용하면 의사가 원하는대로 환자 맞춤형 임플란트를 티타늄으로 가공할 수 있어 좋은 수술결과를 기대할 수 있겠습니다. 

우리나라 식약처에서 2016년 3월 3D 임플란트 사용에 대해 허가했으며, 현재 25 X 25cm 크기 내의 3D프린팅된 재료들은 1번 허가를 받으면 그 크기 내에서 자유롭게 바꾸어서 사용할 수 있다고 합니다. 기존에는 만들때마다 일일이 허가를 받았어야 했는데.. 장족의 발전이지요. 

이번 연제에서 3D프린팅 기술이 환자 맞춤형 임플란트를 제작하는데 큰 도움을 주고 있다는 사실과 이 기술 덕분에 좋은 수술 결과를 얻을 수 있었음을 확인할 수 있었습니다. 

3D프린팅 기술을 이렇게나 많은 환자분들한테 실제로 적용하고 계신 분을 만나뵙고 보니, 정말 엄청 대단하신 분임을 새삼 깨달을 수 있었습니다. 사실 작은 수술재료 하나도 환자에게 실제로 사용하기란 엄청나게 어렵다고 잘 알려져 있거든요ㅠ 

그리고 수술재료를 실제 개발하는 단계라면 검증, 검증, 검증, 그리고 동물실험, 동물실험, 검증, 검증.. 이 수많은 단계를 거쳐야 하는데, 이 모든 걸 해결하고 실제 환자분들께 적용하여 좋은 결과를 얻었다는 것 자체가 엄청난 노력이 없었으면 불가능한 일이지요. 

역시 세상에는 대단한 분들이 너무 많다는 사실을 다시 한번 깨달으며 많은 것을 배울 수 있었던 시간이었습니다.

규제 완화와 함께 우리나라 의학계에 3D프린팅 기술이 빠르게 흡수되어 좋은 결과를 낳기를 희망합니다. 

그 다음 연제이자 제가 다루는 컨퍼런스 마지막 연제는 [바이오 3D프린팅, 조직 공학과 재생 의학의 새로운 개척자]입니다. 좀 쉬었다가 다시 포스팅해야겠습니다. 연속으로 작성하니 힘들군요ㅎ

이제까지 메이드인네버랜드였습니다~!