난이도 높은 소아 선천성 심장질환 수술…시뮬레이터로 수술 성공률 높여

난이도 높은 소아 선천성 심장질환 수술…시뮬레이터로 수술 성공률 높여: 김준수 / 기사승인 : 2021-03-12 14:45:25

▲전 세계적으로 신생아 1000명당 8~10명이 선천성 심장질환을 가지고 태어난다. (사진=셔터스톡)

심장은 산소와 영양분을 온 몸에 공급해 인체가 살아있도록 하는 중요한 기관으로, 임신 3주에서 8주 사이 만들어진다. 심장 형성 및 발생 과정 중 알 수 없는 원인으로 심장의 기형 및 기능 장애가 발생해 출생시 이미 병을 갖고 태어나는 상태를 선천성 심장질환이라고 한다. 전 세계적으로 신생아 1000명당 8~10명, 즉 살아서 출생하는 아기 중 약 1% 정도가 선천성 심장질환을 가지고 태어난다고 보고되고 있다.

선천성 심장질환의 종류는 35개 이상으로 크게 외견상 청색증을 띠지 않는 상태인 비청색증형 심장질환과 청색증이 나타나는 청색증형 심장질환 두 가지로 나눌 수 있다. 청색증이란 체내 혈액에 산소가 부족해 생기는 것으로 입술, 손톱, 발톱, 뺨 등에 청색의 색조를 띠는 것을 말한다.

비청색증형의 경우 심방중격 결손증, 심실중격 결손증, 동맥 관재존증, 방실중격 결손증의 단락형과 폐동맥 협착증, 대동맥 협착증, 대동맥 축착증 등의 폐쇄성이 있으며, 청색증형은 팔로4징증, 대혈관 전위증, 삼첨판 폐쇄증, 양대 혈관 우심실 기시증, 단심실증 등이 포함된다.

종류가 다양한 만큼 증상 역시 다양하게 나타난다. 일반적으로 뚜렷한 증상 없이 심잡음만 들리는 경우가 많지만 영유아의 경우 숨을 빠르고 가쁘게 쉬거나, 잘 먹지 못해 체중 증가 및 성장이 늦어질 수도 있고, 소아의 경우 운동시 호흡 곤란이 일어날 수 있다. 또한 부족한 산소 공급을 위해 적혈구가 많이 생성되므로 적혈구 과다증으로 인한 뇌혈전과 뇌농양으로 인한 뇌손상이 있을 수 있다. 특히 청색증이 있는 환아는 청색증이 더 심해질 시 저산소증에 의한 실신 발작이 나타날 수 있다.

선천성 심장질환의 치료는 종류와 정도에 따라 다양하지만 청색증형의 영유아는 대부분 조기 수술을 해야 한다. 산전 진단시 발견된 경우는 출생 직후 검사를 통해 응급 수술을 할 수 있다. 대부분 적극적으로 치료해 주면 완쾌가 가능하지만 선천성 심장 기형은 두 가지 이상의 심장 질환이 중복돼 있거나 매우 작은 심장으로 인해 수술 전 컴퓨터 단층촬영(CT) 등의 검사를 통해 예상했던 구조와 다른 경우가 많아 성인 수술에 비해 난이도가 매우 높다.

때문에 이러한 고난이도의 수술을 돕기 위한 솔루션들이 주목받고 있는데 3D 프린팅 기술을 이용한 시뮬레이터가 대표적이다. 3D 프린팅 기술은 영상 기술로 얻어진 환자의 의료 영상 정보를 3차원으로 구현해 의료진이 실제로 보고 만져 볼 수 있는 기회를 제공한다. 즉, 선천성 심장 기형을 갖는 환아로부터 최적의 영상 결과를 확보하기 위해 심전도가 동기화된 CT를 촬영한 후, CT 결과로부터 좌/우 심방/심실 및 각각의 판막들, 그리고 주요 혈관들을 구분한 STL 파일을 CAD 프로그램으로 다시 조합해 3D 프린팅을 통해 출력하는 것이다.

심장병 전문의들은 이렇게 환자 맞춤형 심혈관 구조가 3차원으로 구현된 ‘심장병 시뮬레이터’를 통해 CT 결과로 이해한 선천성 심장 기형을 직접 육안으로 확인하고 만져 봄으로써 고난이도의 수술 계획을 정확하게 수립할 수 있다. 맞춤형 수술 솔루션 전문 기업인 애니메디솔루션(이하 애니메디)이 환자의 수술을 돕기 위한 3D 심장 모형 ‘선천성 심장질환 시뮬레이터’를 제공하고 있다.

애니메디의 ‘선천성 심장질환 시뮬레이터’는 환아의 CT 영상을 기반으로 제작한 3D 모델로 심장 질감과 비슷한 연재질을 활용해 집도의가 고난이도 수술 전에 미리 연습해 볼 수 있다. 또한 제품의 완성도가 높아 실제 수술과 유사한 시뮬레이션이 가능해 수술 계획을 가시화할 수 있고, 수술의 정확도를 향상해 성공률을 높여 준다.

심장 수술은 그 목적에 따라 완전 교정 수술과 고식적 수술이 있는데, 일부 복잡성 선천성 심장 질환을 갖는 환아에서 구조적 이상이 심해 완전 교정술을 하기에 너무 위험하거나 부적합한 경우, 단심실 교정 소위 폰탄수술을 시행한다. 그러나 이 두 수술 중 선택의 경계가 뚜렷하지 않은 환아의 경우, 심장병 시뮬레이터가 수술 방법의 선택을 도울 수 있다.

실제로 40명의 복잡성 선천성 심장 질환을 갖는 환아를 대상으로 한 임상연구 결과에서 선천성 심장질환 시뮬레이터를 제공하기 전후 수술 계획의 변경을 확인한 결과, 36% 환아의 수술 계획이 폰탄수술에서 완전 교정술로 바뀌는 결과를 보였다. 이번 연구 결과는 심장 관련 저명한 저널인 미국 심장 학회지 ‘Journal of the American College of Cardiology’의 자매지인 ‘JACC: Cardiovascular Imaging’에 2020년 온라인 게재됐다. 이 연구의 책임 저자인 서울아산병원 영상의학과 양동현 교수는 “일부 복잡 심장기형은 3차원 CT를 수행하더라도 병변의 복잡성 때문에 수술 방법의 결정이 어려운 경우가 있는데, 이러한 경우 3D 프린팅의 이용이 효과적이었음을 보여주는 연구였다”고 설명했다. 애니메디의 선천성 심장질환 시뮬레이터는 그 기술의 안정성과 유효성을 인정받아 3D프린팅 의료 기술로는 최초로 보건복지부의 신의료기술로 선정되기도 했다.

애니메디 김국배 대표는 “다양한 다기관 임상 적용으로 선천성 심장질환 시뮬레이터가 수술 현장에서 실제 도움이 되고 있음을 확인했다”며 “실비보험 적용으로 선천성 심장질환 환우와 가족들의 접근성을 높이고, 보다 많은 혜택을 제공할 것으로 기대된다”고 밝혔다.

메디컬투데이 김준수 ([email protected])