내 무릎뼈, 인공관절 얼마나 버틸까? 

무릎 인공관절 치환술 과정에서 무시멘트형 인공관절 성공 여부를 좌우하는 무릎뼈 강도 평가 기준이 제시됐다.

고인준 가톨릭의대 교수(은평성모병원 정형외과), 이동환 교수(여의도성모병원 정형외과), 이신우 교수(은평성모병원 영상의학과) 연구팀이 무(無)시멘트형 무릎 인공관절에 필요한 실제 뼈 강도를 예측하는 이중에너지 CT(Dual-Energy CTDECT) 기반 평가 기준을 제시한 두 편의 연구논문을 잇따라 발표했다.

국내는 물론 전 세계적으로 무릎 인공관절 치환술 시행 건수가 지속적으로 증가하고 있다. 특히 최근에는 젊고 활동적인 환자에서 인공관절 수명을 늘리기 위한 무시멘트형 인공관절 수술이 빠르게 확대되고 있다.

무시멘트형 인공관절은 수술 시 접착용 시멘트를 사용하지 않고 뼈와 인공관절이 직접 결합되는 방식으로, 장기 내구성이 뛰어나다. 그러나 수술 당시 뼈 강도가 충분하지 않으면 조기 해리(Loosening)가 발생해 재수술로 이어지는 치명적인 한계도 존재한다.

연구팀은 이전 연구를 통해 보편적인 골밀도 검사가 실제 무릎뼈의 강도를 정확히 반영하지 못한다는 점을 밝혔다. 이에 따라 실제 무릎뼈에서 인공관절을 버틸 수 있는 뼈 강도를 객관적으로 예측할 수 있는 새로운 기준을 제시하기 위해 이중에너지 CT 기반 무릎뼈 강도 수치와 실제 뼈 강도의 연관성을 정밀 분석하는 연구를 수행했다.

먼저 이중에너지 CT 체적 골밀도를 이용한 무시멘트형 무릎 인공관절 치환술의 뼈 강도 적합성 예측 연구에서는 이중에너지 CT로 측정한 체적 골밀도(DECT vBMD)는 실제 무릎뼈 강도와 밀접하게 연관됐으며, 무시멘트형 인공관절 수술에 적합한 뼈 상태를 정확하게 예측하는 데 효과적인 것으로 나타났다. 특히 특정 기준치를 적용하면, 매우 높은 민감도와 특이도로 환자 선별이 가능했다. 이는 기존 골밀도 검사로는 예측이 어려웠던 무릎뼈 강도 평가의 새로운 표준 도구로서, 이중에너지 CT 체적 골밀도의 임상적 활용 가능성을 보여준다.

이어 새로운 시각적 골질 평가와 감쇠 단위를 이용한 무시멘트형 무릎 인공관절 치환술의 뼈 강도 적합성 예측 연구에서는 이중에너지 CT를 이용해 측정한 HU(Hounsfield Unit) 수치와 육안으로 평가한 뼈 상태, 실제 무릎뼈 강도 간의 연관성을 분석했다.

연구팀은 무릎 인공관절 수술 중 절제되어 폐기 예정인 대퇴골 골편을 이용해 압입실험(Indentation test)을 시행하고 실제 파괴 강도를 비교 분석했다. CT HU 수치는 실제 무릎뼈 강도와 매우 강한 상관관계를 보였으며, 특정 수치를 기준으로 무시멘트 인공관절에 적합한 뼈 강도를 90% 이상 정확도로 예측할 수 있음이 확인됐다. 또 수술 중 육안으로 평가하는 새로운 시각적 골질 등급 시스템 역시 실제 뼈 강도와 매우 높은 일치도를 보였다.

고인준 교수(교신저자)는 이번 연구는 기존의 허리와 골반 중심 골밀도가 아닌, 이중에너지 CT 기반 무릎뼈 강도 평가가 무시멘트형 인공관절 성공 여부를 좌우하는 핵심 지표임을 과학적으로 입증한 것이라면서 수술 전 CT HU 또는 CT 체적 골밀도로 1차 선별을 하고, 수술 중 시각적 골질 평가로 최종 결정을 내리는 새로운 환자 맞춤형 판단 전략이 가능해졌다고 설명했다.

이동환 교수(공동 제1저자)는 이번 연구는 단순 영상 수치를 넘어, 실제 무릎뼈가 어느 정도 하중을 견딜 수 있는지를 정량적으로 연결한 근거 연구라며, 무시멘트 인공관절 수술의 안전성과 성공률을 크게 향상시킬 수 있는 중요한 전환점이 될 것이라고 강조했다.

고인준 교수팀은 정밀의료 기반 인공관절 치료 전략 확립과 환자 맞춤형 수술 기준 개발을 위한 후속 연구를 지속적으로 추진할 계획이다. 해당 연구 두 편은 국제학술지 Medicina에 게재됐다.