권정택·이무열 중앙대병원 신경외과 교수팀은 뇌지주막하 출혈로 뇌가 비정상적으로 부풀어 올랐다가 두개골 아래로 함몰된 60대 여성 환자에게 3D프린팅 두개골 이식수술을 성공적으로 시행했다고 5일 밝혔다.
 
이 환자는 평소 특별한 증상이 없다가 지난해 9월 갑자기 머리가 터질 듯한 심한 두통을 호소해 중앙대병원 응급실을 찾았다. 뇌 컴퓨터단층촬영(CT) 및 혈관조영술검사 결과 뇌동맥류가 터진 뇌지주막하 출혈로 진단됐다.

권 교수팀은 혈류를 완전히 차단하는 ‘뇌동맥류 코일색전술’로 출혈을 막은 뒤 뇌 부종으로 상승한 뇌압을 떨어뜨리기 위해 두개골편을 제거하는 감압두개골절제술을 시행했다. 하지만 뇌부종이 감소하며 뇌가 두개골 절제 부위 아래로 함몰됐다. 이에 두개골 이식편을 3D프린팅 기술로 맞춤 제작한 뒤 두개골 이식 성형수술을 실시했다.

이번에 이식한 3D프린팅 두개골은 한국생산기술연구원(원장 이영수) 강원지역본부 3D프린팅기술센터가 환자의 두상 모형을 재현해 맞춤 개발·제작한 것으로 순수 티타늄(Titanium) 소재로 만들어졌다. 지금까지 강도 유지를 위해 사용했던 알루미늄과 바나듐이 들어간 기존 티타늄 합금에 준하는 강도를 실현하는 공정기술로 개발됐다. 
순수 타이타늄 소재는 인체에 무독하면서 가볍고 기계적 강도도 우수한 편이다. 하지만 알루미늄·바나듐·타이타늄 합금에 비해 강도가 60% 수준에 머물러 사용에 한계가 따랐다.

생기원 강원지역본부는 의료진이 요구하는 두개골 강도를 충족하기 위해 최소두께 제어기술을 적용하고 내부는 텅 빈 상태를 유지해 부피 대비 질량을 감소시켜 무게감을 최소화했다. 또 두개골 내부에 생긴 데드존(dead zone)을 전부 채울 수 있는 디자인으로 제작돼 두개골 이식 환자에게 긍정적인 영향을 미칠 수 있을 것으로 기대된다.

권정택 교수는 “골시멘트 등을 이용한 기존 두개골성형술은 함몰이 심할 경우 재료가 많이 들어가 무겁고, 환자의 뇌에 딱 맞는 모양을 만들기 어려웠으며, 수술 후 이물반응이나 세균감염에 따른 부작용 위험이 높았다”며 “이번 이식수술에 사용된 ‘순수 티타늄 소재 3D프린팅 두개골’은 무게감을 최소화한 것은 물론 영상정보를 활용해 환자의 두개골 특징에 맞게 제작돼 정밀도와 강도가 높다”고 설명했다. 이어 “두개골 내부의 빈 공간까지 채울 수 있어 수술 후 감염 및 합병증을 최소화하고 수술 시간을 크게 단축했다”고 덧붙였다.

이창우 생기원 강원지역본부장은 “3D프린팅기술은 정확한 환부를 측정해 개별 환자에 맞는 정밀한 형상을 비교적 낮은 단가로 신속히 제작할 수 있다”며 “그동안 지속됐던 알루미늄과 바나듐의 인체 유해성 논란에서 벗어나 순수 티타늄 금속으로 인체삽입구조물을 제작함으로써 3D프린팅 기술과 의학산업의 접목을 통해 신시장 창출을 기대할 수 있게 됐다”고 말했다. 

권 교수는 2013년 6월 환자의 두상 모양을 그대로 본 따 재현한 3D프린팅 두상 모형을 활용해 뇌종양수술 시뮬레이션하는 데 성공했다.