로봇 인공관절 치환술

로봇 어시스트 무릎 인공관절 치환술 · Robot-assisted total knee arthroplasty

인공관절 치환술이란

무릎 퇴행성관절염이 말기(3기말에서 4기, X-ray나 MRI로 진단)에 이르면 연골이 거의 남지 않아 뼈끼리 직접 닿습니다. 이 단계에서는 약물이나 주사로 통증을 조절하기 어렵습니다.

인공관절 치환술은 닳은 관절 표면을 얇게 다듬어 내고, 금속(코발트 크롬, 티타늄)과 폴리에틸렌으로 만든 삽입물로 덮어 주는 수술입니다. 뼈 전체를 자르는 것이 아니라 관절면을 새로 씌우는 개념에 가깝습니다.

무릎 인공관절에 삽입되는 기구. 닳은 대퇴골·경골 관절면을 금속으로 덮고 그 사이에 플라스틱 삽입물을 넣는다.

무릎 인공관절 3D 모델(오른쪽 무릎). 무릎을 굽혔다 펴는 동안 금속 대퇴골 부품이 폴리에틸렌 삽입물 위를 미끄러지며 구릅니다. 좌우로 끌면 넙다리뼈 축을 중심으로 돌려 볼 수 있습니다.

절개 방법 — 대표적으로 내측광근하 접근법(Subvastus Approach)과 내측 슬개골주위 접근법(Medial Parapatellar Approach)가 있습니다.

무릎을 펴는 힘은 허벅지 앞쪽의 대퇴사두근에서 나옵니다. 대퇴사두근 → 대퇴사두근건 → 무릎뼈(슬개골) → 슬개건으로 이어지는 이 연결을 신전기전(extensor mechanism) 이라고 부르며, 수술 후 다리를 들어 올리고 걷는 능력이 여기에 달려 있습니다. 인공관절 수술에서 관절에 도달하는 절개 경로가 중요한 이유입니다.

달려라병원의 절개: 내측광근하 접근법(Subvastus Approach)

달려라병원은 내측광근하 접근법으로 무릎 인공관절 수술을 진행합니다. 안쪽 넓은근(내측광근, VMO)의 근막을 그 아래쪽 경계를 따라 절개하고, 근섬유와 대퇴사두근건은 자르지 않은 채 근육을 들어 올려 그 아래로 관절낭에 도달하는 근육 보존(muscle-sparing) 방식입니다.

내측광근하 접근법(Subvastus). 점선처럼 내측광근의 아래쪽 경계를 따라 들어가 대퇴사두근건과 근섬유를 보존한다.

• 대퇴사두근건과 근섬유를 보존해 전통적인 내측 슬개골주위 접근법(Medial Parapatellar Approach)보다 신전기전 손상과 출혈이 줄어듭니다.
• 수술 후 초기 대퇴사두근 근력 회복이 빨라, 누운 채 다리를 들어 올리는 동작(SLR)을 이른 시기에 시작할 수 있습니다
• 정상적인 슬개골 정렬을 유지하기 쉬워 외측 인대 절개 유리술이 필요한 경우가 줄어듭니다
• 수술 후 통증을 줄이고 조기 재활을 시작하는 데 유리합니다

전통적 절개: 내측 슬개골주위 접근법(Medial Parapatellar Approach)

대퇴사두근건의 안쪽 경계를 따라 세로로 절개해 힘줄 일부를 가르고, 슬개골 안쪽을 돌아 정강이뼈 앞쪽까지 내려가는 방법입니다. 술기가 단순하게 표준화되어 가장 널리 쓰여 왔습니다. 인대를 절개하기 때문에 신전기전이 일부 약해질 수 있고 출혈량이 내측광근하 접근법(Subvastus Approach)보다 많습니다.

내측 슬개골주위 접근법. 점선처럼 대퇴사두근건 가운데를 세로로 가르고 슬개골 안쪽을 따라 내려간다.

• 대퇴사두근건 일부를 절개하므로 신전기전에 영향을 줄 수 있습니다
• 수술 후 초기 대퇴사두근 근력 회복이 상대적으로 느릴 수 있습니다
• 슬개골의 가운데 정렬을 위해 바깥쪽 인대를 절개하는 외측 유리술이 필요해지는 경우가 많을 수 있습니다

초기 회복, 수치로 보면

두 절개법을 비교한 무작위대조시험 20편(인공관절 1,893건)을 모아 분석한 연구(Berstock 등, EFORT Open Reviews 2018)에서 내측광근하 접근법은 수술 직후 몇 주 동안 다음과 같은 차이를 보였습니다.

정렬 방식 — 제한적 운동학적 정렬(Restricted Kinematic Alignment)

수술 후 환자분의 고관절부터 무릎을 거쳐 발목관절까지의 전체적인 다리 모양을 결정하기 위해 인공관절을 어떤 각도로 넣을지 정하는 기준을 정렬(alignment) 이라고 합니다.

왼쪽은 기계적 정렬(Mechanical Alignment), 오른쪽은 운동학적 정렬(Kinematic Alignment). 기계적 정렬은 다리 축에 수직으로 절골해 관절선을 수평으로 만들고, 운동학적 정렬은 환자 본래의 비스듬한 관절선을 따라 절골한다.

운동학적 정렬(Kinematic Alignment)은 로봇 시스템과 함께 쓸 때 정확도가 안정적으로 높아집니다. 달려라병원은 추가적으로 로봇을 이용해 제한적 운동학적 정렬(Restricted Kinematic Alignment)을 적용합니다. 환자 본래의 관절선을 살리되, 검증된 범위를 벗어나는 과도한 각도는 제한하는 방식입니다.

• 인대 손상 최소화 — 내측 혹은 외측 인대를 절개하거나 손상을 주는 범위를 줄여 빠른 회복을 가져오고 수술 후 통증을 줄입니다.
• 출혈량의 감소 — 최소화된 인대 조직의 절개로 인해 출혈이 감소됩니다.
• 자연스러운 움직임 — 일률적인 기계적 정렬 대신 수술 전 환자 본연의 관절 구조를 최대한 적용해, 이질감을 줄이고 걸음을 자연스럽게 하는 것을 목표로 합니다
• 로봇의 정밀도 — 집도의가 세운 계획을 로봇이 정밀하게 구현해 사람 손만으로는 어려운 정확도를 확보합니다
• 안전 범위 설정 — 검증된 범위 안에서 최적의 결과를 추구합니다

로봇 시스템은 무엇을 하나요

인공관절 수술의 결과를 좌우하는 요소는 크게 두 가지입니다.

1. 정렬 — 다리 축이 제대로 맞아야 삽입물에 힘이 고르게 실립니다
2. 인대 균형 — 무릎을 굽히고 펼 때 안쪽과 바깥쪽 인대의 팽팽함이 균형을 이뤄야 합니다

로봇 시스템은 이 두 가지를 수치로 확인하며 조정할 수 있게 돕습니다.

• 수술 전 촬영된 X-ray, CT 영상과 수술 중 직접적인 측정을 통해 환자 무릎의 3차원 모델을 만듭니다
• 어느 방향으로 얼마나 절삭할지 계획을 세웁니다
• 집도의가 절삭할 때 계획한 범위를 벗어나지 않도록 보조합니다
• 무릎을 굽히고 펴며 인대 간격을 실시간으로 측정해 보여 줍니다

로봇이 스스로 판단하거나 수술을 대신하지 않습니다. 계획을 세우고 실행을 정밀하게 돕는 도구이며, 모든 결정은 집도의가 합니다.

달려라병원의 로봇 시스템

국내 최대 규모의 로봇(3개 종류 총 6대)을 보유·운용하고 있습니다.

• 로사(ROSA) 3기, 코리(CORI) 2기, 큐비스 조인트(CUVIS Joint) 1기

세 로봇은 절삭 방식과 절삭 위치 안내 방식이 조금씩 다릅니다. 이 특성을 이해하고 활용하여 각 환자의 상태에 가장 적합한 로봇을 선택하고 계획을 세워 이를 구현합니다.

X-ray, 3D-CT 영상 및 실시간 무릎 관절 표면의 직접 측정 등 다양한 방법을 통해 관절의 모양을 분석합니다. 이를 통해 절삭 위치와 정도를 로봇으로 예측·계산한 후 출혈을 최소화하는 방식으로 뼈를 절삭합니다.

관절의 균형과 정렬 상태를 로봇을 통해 객관적인 수치로 재검증하고 조절한 후 인공관절을 삽입해, 최대한 환자의 고유 무릎에 맞는 올바른 정렬을 되찾도록 합니다.

수술 경험이 풍부한 전문의가 수술의 처음 시작부터 마지막 피부 봉합까지 집도합니다. 그럼으로써 로봇을 사용하지 않고 수술을 할 때 발생하는 추가적인 뼈의 손상이나 출혈을 최소화하면서 수술을 마칠 수 있습니다.

달려라병원은 임플란트캐스트·큐렉소·짐머 바이오멧·스미스앤네퓨 등 4개 글로벌 제조사로부터 로봇수술 국제교육센터로 지정되어, 국내외 의료진의 참관·연수를 진행합니다. 세 로봇의 계획·절삭 방식과 선택 기준, 국제교육센터 지정·해외 의료진 참관 이력은 무릎 인공관절 로봇 문서에 자세히 정리해 두었습니다.

달려라병원은 특별한 경우를 제외한 대부분의 무릎 인공관절 수술을 로봇으로 진행합니다. 심한 변형이나 특수한 해부학적 상태처럼 로봇 시스템 적용이 어려운 예외적인 경우에 한해 일반(수기) 방식을 선택합니다.

로사(ROSA) — 로봇팔이 안내, 집도의가 톱으로 절삭

로봇 팔을 이용해 뼈 절삭에 필요한 위치와 각도를 정밀하게 안내하는 시스템입니다. 환자의 다리 정렬과 관절의 움직임, 인대의 긴장도 등을 수치로 분석하고, 이를 바탕으로 인공관절 삽입 위치를 계획합니다. 로봇 팔이 계획된 위치에 절삭 안내 장치를 정확하게 배치하면, 의사가 이를 이용해 뼈를 절삭합니다. 수술 중 관절의 균형과 정렬 상태를 객관적인 수치로 확인하고 조정합니다.

수술 중 관절의 균형과 정렬을 수치로 확인하며 절삭 안내 장치를 맞추는 방식이라, 일반적인 변형의 무릎에 폭넓게 적합합니다.

코리(CORI) — 집도의 핸드피스를 로봇이 제어하며 밀링

수술 중 환자의 무릎 관절 표면을 직접 측정하여 입체적인 관절 모형을 만들고, 이를 바탕으로 뼈 절삭 위치와 각도를 계획하는 시스템입니다. 의사가 손에 쥐고 조작하는 로봇 절삭 기구를 이용하며, 시스템이 계획된 절삭 범위를 안내하고 제어해 불필요한 뼈 절삭을 줄이도록 돕습니다. 특히 환자 고유의 관절면 형태를 반영해 뼈를 조금씩 정밀하게 갈아내면서 절삭하는 방식이 특징입니다. 톱날을 이용해 뼈를 절삭하는 방식에 비해 주변 조직의 불필요한 손상을 줄이면서 정밀한 뼈 절삭이 가능합니다.

톱 대신 밀링으로 뼈를 조금씩 갈아내 주변 연부조직 손상을 줄이는 특성이 있어, 뼈가 약하거나 연부조직 보존이 중요한 경우에 적합합니다.

큐비스 조인트(CUVIS Joint) — 로봇팔이 자동 밀링

CT를 이용한 사전 계획과 로봇 팔에 설치된 절삭 기구를 이용한 정밀 절삭을 결합한 시스템입니다. 수술 전 CT로 미리 사전 계획을 세우고, 이 계획을 통해 인공관절 삽입 위치에 대한 시뮬레이션을 해 볼 수 있습니다. 로봇 팔에 장착된 고속 절삭 기구로 정밀하게 뼈를 갈아내면서 절삭합니다. 사전 계획과 일치되게 진행되는지 실시간으로 확인하면서 절삭을 완성합니다.

수술 전 CT로 입체 계획을 완성해두고 로봇팔이 그대로 재현하므로, 변형이 심해 정밀한 사전 계획이 특히 중요한 무릎에 적합합니다.

달려라병원이 사용하는 인공관절 치환물

달려라병원은 미국에서 가장 우수한 것으로 인정받은 두 종류의 인공관절을 사용합니다. 환자 무릎의 해부학적 구조에 맞춘 설계와 우수한 기능성으로 성능을 인정받았으며, 장기간 사용에도 견디는 내구성이 입증된 제품들입니다.

Zimmer Biomet의 Persona

Zimmer Biomet Persona. 대퇴골·경골 관절면을 덮는 금속 부품과 그 사이의 폴리에틸렌 삽입물(인공 연골)로 구성된다.

대퇴골 부위(Femur) — 뼈를 깎는 양을 줄이는 초정밀 핏, 여성 골격까지 배려한 42가지 맞춤 사이즈

환자의 다양한 골격 형태에 맞춰 2mm 단위로 세분화된 42가지 사이즈 라인업(좌/우, Standard/Narrow)을 갖추고 있습니다. 특히 무릎 뼈의 폭이 좁은 여성 환자를 위한 세밀한 핏(Narrow 옵션)을 제공해, 본래의 뼈를 과도하게 깎아내지 않고 빈틈없이 밀착시킵니다.

인공 연골(Insert) — 흔들림을 잡는 1mm 간격 16가지 사이즈, 양반다리도 편안한 설계

무릎의 충격을 흡수하는 인공 연골은 1mm 두께 차이로 세분화된 16가지 사이즈가 준비되어 있습니다. 수술 중 집도의가 환자의 양쪽 인대 팽팽함을 1mm 오차도 없이 맞춰 걸을 때 무릎의 안정감을 극대화합니다. 또한 방바닥에 앉고 일어서는 한국형 좌식 생활에 필수적인 고도 굴곡(최대 155도)을 부드럽게 지원합니다.

경골 부위(Tibia) — 실제 무릎을 닮은 좌/우 독립형 비대칭 구조

사람의 무릎은 원래 좌측과 우측의 모양이 다릅니다. 기존의 대칭형 임플란트와 달리, 인체 본연의 무릎 구조를 그대로 본뜬 좌/우 구별 디자인을 채택했습니다. 총 18가지 세밀한 베이스 사이즈 중 환자에게 가장 잘 맞는 형태를 결합해 신체를 안정적으로 지탱합니다.

Smith & Nephew의 ANTHEM

Smith & Nephew ANTHEM. 비대칭 Tibial Baseplate와 내측 Stem, Hi-Flexion Insert 등 바닥 생활까지 고려한 설계가 특징이다.

대퇴골 부위(Femur) — 다양한 무릎 형태를 고려한 맞춤형 밀착 설계

해부학적 차이와 성별 차이를 고려해 다양한 골격 형태에 맞춘 Standard와 Narrow 타입을 모두 갖추고 있어, 수술 시 최적의 사이즈를 선택할 수 있습니다. 환자의 뼈에 더 알맞은 폭을 고를 수 있어, 임플란트가 뼈 밖으로 돌출되는 오버행(overhang)의 위험을 줄이고 자연스러운 밀착을 돕습니다. 또한 낮고 얇게 설계된 전방 플랜지는 무릎 앞쪽에서 발생할 수 있는 불필요한 돌출과 주변 연부조직의 자극을 줄이도록 설계되었습니다.

인공 연골(Insert) — 최대 155도 굴곡을 안정적으로 지원하는 Hi-Flexion 설계

ANTHEM의 Hi-Flexion Insert는 무릎을 깊게 구부릴 때 슬개건과 슬개골 주변에 가해질 수 있는 부담을 고려해 설계되었습니다. 앞쪽의 부드러운 경사 구조와 낮아진 뒤쪽 립(lip)은 깊은 굴곡 시 불필요한 충돌과 가장자리에 집중되는 하중을 줄이도록 돕습니다. 대퇴골의 곡면 설계와 결합해 최대 155도의 굴곡을 수용하도록 설계되어, 바닥 생활이나 깊게 앉고 일어서는 동작이 많은 생활 방식까지 고려했습니다.

경골 부위(Tibia) — 뼈를 더 넓게 덮고 올바른 회전을 돕는 해부학적 비대칭 설계

비대칭 Tibial Baseplate를 적용해, 대칭형 디자인보다 뼈 표면을 효과적으로 덮으면서 적절한 회전 정렬을 확보할 수 있도록 설계되었습니다. 또한 안쪽으로 배치된(Medialized) Stem은 종아리뼈 내부 통로의 중심에 맞도록 설계되어, 크기가 작거나 변형된 종아리뼈에서 발생할 수 있는 충돌 가능성을 낮추는 데 도움을 줍니다.

무릎 인공관절 의료진

로봇인공관절 센터장 박준구 원장

무릎 통증, 미루지 마세요.

• 서울아산병원 정형외과 전문의
• 서울아산병원 정형외과 전임의 (슬관절)
• 서울아산병원 울산대학교 정형외과학 석/박사
• 고려대학교 안암병원 정형외과 임상조교수

김동은 원장

최상의 무릎 치료를 하는 역량 있는 주치의

• 서울아산병원 정형외과 전문의
• 서울아산병원 무릎관절 전임의
• 서울아산병원 외상 및 골절 전임의
• 서울아산병원 임상 외래교수

장종훈 원장

무릎, 족부에 이르는 총체적 접근과 치료

• 서울대학교 의과대학 대학원
• 인제대학교 백병원 외래교수
• 대한정형외과 슬관절/족부관절/고관절 학회 정회원
• 성모병원 전문의

손보경 원장

무릎 전문가로서 처음부터 제대로

• 서울대학교 의과대학 졸업
• 서울대학교 병원 수련의
• 대한스포츠의학회 인증전문의
• 경희대학교병원 의과대학 외래교수

어떤 경우에 시행하나요

• 말기 무릎 퇴행성관절염(X-ray에서 관절 간격이 거의 소실)
• 약물·주사·재활에도 통증이 조절되지 않는 경우
• 걷는 거리가 짧아져 일상생활이 제한되는 경우
• 밤에 통증으로 잠을 이루기 어려운 경우
• 류마티스 관절염 등으로 관절이 심하게 손상된 경우

반대로 비교적 젊고 관절염이 한쪽 구획에 국한된 경우에는 자기 관절을 남기는 근위경골 절골술(HTO)을 먼저 검토합니다.

수술 과정

1. 수술 전 계획 — 영상으로 무릎의 3차원 모델을 만들고 삽입물의 크기·위치·각도를 계획합니다
2. 마취 — 하반신 마취(척추 마취)를 기본으로 하며, 환자 상태에 따라 전신마취로 진행하기도 합니다
3. 관절 노출과 등록 — 내측광근하 접근법(Subvastus Approach)으로 대퇴사두근을 보존하며 무릎을 열고, 뼈의 기준점을 시스템에 등록합니다
4. 절삭 — 제한적 운동학적 정렬(Restricted Kinematic Alignment) 계획에 따라 관절 표면을 다듬습니다
5. 균형 확인 — 시험 삽입물을 넣고 굽힘·신전 시 인대 간격을 측정해 조정합니다
6. 삽입과 봉합 — 최종 삽입물을 고정하고 봉합합니다

회복·재활 타임라인

재활 진행 정도가 최종 결과에 큰 영향을 줍니다.

수술 후 초기에 무릎을 완전히 펴는 것과 굽힘 각도를 확보하는 것이 특히 중요합니다. 이 시기를 놓치면 관절이 굳어 회복이 더뎌집니다.

위 일정은 일반적인 기준입니다. 손상 정도와 함께 시행한 치료, 나이와 건강 상태, 담당 전문의의 판단에 따라 사람마다 다를 수 있으므로, 구체적인 회복·재활 계획은 담당 전문의와 상의하십시오.

수술 후 주의사항

• 수술 부위는 피부 접착제(피부본드)로 봉합해 별도의 실밥 제거 없이 본드 도포 직후부터 샤워할 수 있습니다
• 쪼그려 앉기, 무릎 꿇기는 삼가십시오
• 체중 관리가 삽입물의 부담을 줄이는 데 도움이 됩니다
• 달리기·점프 등 충격이 큰 운동은 좋지 않고 걷기, 자전거 및 수영이 적합합니다
• 치과 치료나 다른 시술을 받을 때 인공관절이 있다는 사실을 알리십시오
• 수술 부위가 붉게 붓고 열이 나거나 진물이 나오면 곧바로 진료를 받으십시오