육안으로 잘 확인이 되지 않는 뼈 속 종양 절제를 위한 수술용 네비게이션이 고가에 부피가 커 사용이 복잡하다는 단점을 극복하는 테블릿 PC를 활용한 증강현실 시스템이 개발돼 골종양 수술에 큰 변화가 예상된다.

분당서울대병원 정형외과 조환성 교수팀은 대구경북과학기술원 로봇공학과 홍재성 교수와 함께 세계 처음으로 태블릿 PC에서 사용 가능한 ‘골종양 수술용 증강현실 시스템’을 개발, 이 시스템을 적용한 골종양 수술을 성공적으로 시행했다고 밝혔다.

증강현실 시스템은 CT, MRI 등 영상진단이미지를 통해 확보한 종양의 위치와 크기를 프로그램에 입력하면, 사용자 눈에 보이지 않았던 종양의 위치 정보를 원래의 환경에 존재하는 것처럼 태블릿 PC에 표시되게끔 하는 것이다.

연구팀은 이 ‘증강현실 이용 골종양 절제수술’이 기존의 수술방법보다 정확도가 높다는 사실을 증명하기 위해 모두 123개나 되는 돼지 대퇴골을 대상으로 82개는 증강현실 시스템을 통한 수술, 나머지 41개는 기존방식대로 절제수술을 하고 절제된 종양을 통해 안전거리를 얼마나 지켜 암과 주위 조직을 절제했는지를 비교했다.

보통 종양을 절제할 때에는 암의 경계로부터 10mm정도의 안전거리를 두고 암을 포함해 주위 정상조직을 절제하게 된다. 예를 들어 골종양의 크기가 직경 30mm라면 10mm의 안전거리를 양쪽으로 적용하고 종양을 포함해 직경 50mm정도로 조직을 제거해야 한다. 그 안전거리를 최대한 벗어나지 않도록 절제를 해야 재발을 예방하고, 수술 후 뼈 조직의 기능을 유지하는 데에 도움이 될 수 있다.

연구팀은 이를 기반으로 증강현실 시스템을 활용한 골종양 절제수술과 기존수술법에 대해 10mm의 안전거리에서 벗어난 오차를 양쪽으로 측정한 결과 증강현실 시스템을 통한 수술의 절제면에서는 A등급인 3mm이하의 오차를 보인 경우가 90.2%, B등급인 6mm이하의 오차가 9.8%로 확인된 반면, 기존수술법에서는 A등급이 70.7%, B등급이 19.5%, C등급인 9mm이하의 오차가 6.1%였으며, 나머지 D등급인 3.7%에서는 안전거리를 확보하지 못해 종양을 남겨두고 절제했거나 9mm를 넘는 오차를 보이기까지 했다.

이 연구 결과를 토대로 조환성 교수팀은 정강이뼈에 골종양이 발생한 환자의 실제 수술에 증강현실 시스템을 적용, 불필요한 절제를 최소화하면서도 종양을 안전하게 절제하는 수술에 성공했다.

조환성 교수는 “증강현실 기법을 골종양 수술에 활용함으로써, 기존의 복잡하고 값비싼 수술용 네비게이션 장치의 단점을 보완했다”며 “간편한 태블릿 PC를 사용해 안전하고 완벽하게 골종양을 제거하면서도 최대한 뼈를 살려 수술 후 팔·다리의 기능을 극대화 할 수 있게 됐다”고 평가했다.

그는 이어 “현재 팔·다리뼈에 발생한 암 수술용 프로그램 뿐 만 아니라, 골반뼈에 생긴 암에도 적용할 수 있는 증강현실 소프트웨어 개발도 진행 중”이라고 했다.

이번 연구 결과는 세계적으로 권위 있는 정형외과학술지인 골관절연구지(Bone and Joint Research)지 3월호에 게재됐다.

한편 관련학계는 이번 연구는 팔･다리뼈에 발생한 골종양 수술을 위한 증강현실 시스템의 개발과 그 유용성을 평가한 것으로, 향후 소프트웨어의 상품화에 대한 가능성과 국내 의료기기 개발과 발전에도 많은 도움이 될 것으로 기대하고 있다.