3명의 오스트리아 사람이 마음으로 제어되는 로봇 의수를 가능케 하는 생체 의학적 재건(bionic reconstruction)이라는 새로운 기술을 적용 받은 최초의 사람이 되었다고 영국의 의학 잡지인 랜싯(The Lancet)이 발표하였다.
3명의 환자는 모두 자동차 사고나 등반 사고로 말미암아 외상성 완신경총 마비(brachial plexus injuries: 자창, 좌창 등의 외력, 교통사고나 노동재해로 인한 강한 충격이나 신경총의 과신전에 의해서 신경손상을 일으켜 견갑부에서 손가락까지 여러 가지의 지각 및 운동 마비가 생기며, 그 마비 형태로는 상위형, 하위형, 전형의 3가지가 있다. 일반적으로 예후는 불량한 경우가 많은데 특히 신경근을 빼내는 손상의 경우 마비의 회복이 불가능하다.)와 손 기능의 손상을 수년 동안 겪었다.
완신경총(brachial plexus)은 목 부분에서 시작되며, 어깨, 팔, 상완, 손 등을 포함하는 상지(upper limb)에서의 동작과 감각을 제어하는 다른 대부분의 신경을 형성하기 위하여 갈라지는 신경망을 의미한다.
이러한 새로운 기술은 오스트리아 비엔나 의대(Medical University of Vienna)의 말단 기능 복원 연구소(Christian Doppler Laboratory for Restoration of Extremity Function) 책임자인 오스카 아스즈만(Oskar Aszmann) 교수가 괴팅겐 대 의료원(University Medical Center Goettingen)의 신경재활공학과 공학자들과 함께 개발하였다.
이 기술은 선택적인 신경 및 근육 이식, 선택적인 절단, 근육에서의 전기 자극에 반응하는 센서를 이용하는 진보된 로봇 의수로의 대체 등을 조합한다. 그리고 종합적인 재활이 수행된 후에 이 기술을 시술받은 3명에게서 모두 높은 수준으로 기능성이 회복되었으며, 일상생활의 활동을 지원하였다.
“완신경총 적출(brachial plexus avulsion)은 사실상 내부의 절단을 의미하며, 손을 신경 제어로부터 분리하여 다시 이전 상태로 되돌릴 수 없게 된다. 이러한 부상에 대한 기존의 수술 기법은 조잡하고, 비효율적이어서 손의 기능이 많이 손상되었다”고 오스카 아스즈만 교수가 설명하였다.
“우리가 이룬 과학적 진보는 근육 이식에 의하여 증폭된 신경을 통하여 새로운 신경 신호를 만들고 추출할 수 있게 된 점이었다. 이러한 신호는 해독되어 딱딱한 로봇 손의 기능으로 수행되도록 번역되었다”고 오스카 아스즈만 교수가 덧붙였다.
3명의 환자 모두는 절단 수술을 받기 전에 평균 9개월간의 인식 훈련을 수행하였다. 우선 환자들은 근육을 활성화하고 전기 신호를 이용하여 가상의 손을 제어하였다. 환자들이 일단 이러한 가상 환경에 익숙해진 후에 기능하지 않는 자신의 손에 고정된 부목과 같은 장치에 부착된 로봇 의수를 이용하여 연습하였다.
절단 수술 후 3개월이 지나자 로봇 의수를 부착한 3명의 환자 모두는 실질적으로 더 나은 손 움직임을 가지게 되었으며, 삶의 질이 향상되었고, 고통이 덜 하게 되었다.
3명의 환자들은 사고를 당한 후에 최초로 공 잡기, 물병에서 물 따르기, 열쇠 사용하기, 칼로 음식 절단하기, 두 손을 이용하여 단추 풀기 등과 같은 다양한 일상적인 작업을 수행할 수 있었다.
외상성 완신경총 마비는 완신경총의 신경이 손상되었을 때 발생한다. 외상성 완신경총 마비는 특히 자동차 사고나 럭비 및 미식축구와 같은 충돌 스포츠처럼 빠른 속도로 충돌하여 발생된 정신적 외상의 결과로 종종 발생한다.
이전의 연구에 따르면 자동차 사고 및 눈 속을 달리는 설상차 사고에서 외상성 완신경총 마비의 발생 정도는 5퍼센트에 근접하였다. 또 다른 연구에서 캐나다 미식축구 2010년 시즌에서 외상성 완신경총 마비의 발생 정도는 26퍼센트였다.
“현재까지 생체 의학적 재건은 비엔나에서 우리 의료원에서만 수행되었다. 그러나 유사한 전문 인력과 자원을 가진 의료원들이 이러한 생체 의학적 재건 절차를 수행하는 데에 있어 기술적 및 수술적 한계가 존재하지 않는다”고 오스카 아스즈만 교수가 말했다.
“다른 수술법과 더불어 현재 수행된 생체 의학적 재건 절차는 매우 고무적이다. 왜냐하면 이러한 접근 방법은 시도하지 않았다면 존재하지 않았을 추가적인 신경 입력을 로봇 의수 시스템에 제공하기 때문”이라고 영국에서 최초의 로봇 손 이식을 수행한 사이먼 케이(Simon Kay) 교수와 영국의 리즈 연수 병원(Leeds Teaching Hospitals)의 다니엘 윌크스(Daniel Wilks)가 논평하였다.
“그러나 최종적인 판단은 환자들이 자신의 로봇 의수를 어떠한 상황에서 사용하고 하루 중에 얼마만큼이나 사용할 것인지에 대한 평가를 포함하여 장기간에 걸친 결과에 좌우될 것이다. 힘을 받았을 때에 로봇 의수가 나타내는 탄력성은 시간이 지남에 따라 감소하며, 전동 의수는 무겁고, 전력을 필요로 하며, 종종 시끄럽다. 더불어 손상되었을 경우에 전문적인 수리를 필요로 한다”고 사이먼 케이 교수와 다니엘 윌크스가 덧붙였다.
[관련 논문의 서지 정보] Oskar C Aszmann, Aidan D Roche, Stefan Salminger, Tatjana Paternostro-Sluga, Malvina Herceg, Agnes Sturma, Christian Hofer, Dario Farina. Bionic reconstruction to restore hand function after brachial plexus injury: a case series of three patients. The Lancet, February 25, 2015 DOI: 10.1016/S0140-6736(14)61776-1
