의료기술의 발전과 신체 내·외부에 대한 이해도가 높아짐에 따라 여러 질병에 대한 수술이 가능해졌다. 특히 미세수술 로봇 기술의 발전으로 밀리미터 단위의 시·수술도 가능해졌다. 미세수술 기술은 일반 외과, 안과, 정형외과 수술, 산부인과, 이비인후과, 신경외과, 소아 외과 수술 등과 같은 여러 분야의 전문 기술로 활용되고 있으며, 정교한 작업이 필요한 신경 · 혈관을 다루기 때문에 로봇 기술의 적용으로 발전 가능성이 매우 큰 분야이다.

해외에서는 이러한 발전가능성을 발판으로 대기업의 참여와 지속적 연구발전이 진행되고 있으나, 국내의 경우 아직까지 중소기업이 주축이 돼 기술발전이 이루어지고 있기 때문에 발전 속도가 더딘 편이라고 할 수 있다.

본문에서는 수술 로봇, 특히 미세수술 로봇의 국내외 기술과 시장 현황 등을 살펴봄으로써, 의료와 로봇분야간의 융합이 새로운 산업 · 의료 생태계를 구축해 4차 산업혁명의 또 다른 주축이 될 수 있기를 기대해 본다.

미세 의료로봇기술의 연구 동향

미세 수술과는 다른 영역으로 세밀한 작업을 요하지만 수술의 분야가 아닌 시술 또는 약물 전달과 같은 영역의 연구도 활발히 이루어지고 있다. 이렇듯 미세 의료로봇은 의료로봇 분야에서 새롭게 대두되고 있는 신체 내 질병의 진단 · 치료 등 의료적인 목적으로 사용될 수 있는 미세로봇(1mm ~ 1μm 내외의 크기)으로써 세포, 약물, 열 치료(hyperthermia), 방사선 등을 원하는 국소부위에 전달하는 표적지향형 치료용 로봇, 신경보철 등을 포함한 생물-로봇 인터페이스, 조직재생용 지지체 구조물, 조직절개, 조직채취 · 물리적 개통 · 폐색을 위한 미세 기계도구, 센서 · 마커 등의 미세 무선 원격시스템 등으로 분류될 수 있다. 조직채취, 절개 등의 물리적인 도구로써의 마이크로로봇 개발, 약물 · 세포전달을 위한 구조설계와 가공, 생체 적합성 · 생분해성을 높이는 재료 · 표면개선 등과 관련된 연구가 진행 중이다.

국내외적으로 실제적인 치료를 위해 임상적용을 목표로 연구를 진행 중이며 최근에는 나노구조를 가지거나 유연한 재료 · 생체 재료를 이용한 마이크로로봇 개발 등 차세대 마이크로로봇의 개발을 진행하고 있다.

국내 일부 연구팀에서 특정 분야의 마이크로로봇에 있어서는 세계적 수준의 기술 경쟁력과 상용화 가능성을 보여주고 있으며, 세계최초로 3차원 다공성 세포 · 약물 전달체 마이크로로봇을 개발, 심장혈관 폐색병변 개통 · 약물전달을 통한 심장혈관 치료용 마이크로로봇 개발을 진행 중에 있다.

미세수술 로봇 기술·시장 동향

현미경을 필요로 하는 수술을 일반적인 용어로 미세수술이라 명명하는데, 특히 신체 기관 · 조직의 일부를 다른 부분으로 옮기거나 절단된 조직을 다시 부착 할 수 있게 해주는 작은 혈관과 신경(일반적으로 직경 1mm)의 문합을 가능하도록 개발된 수술 방식이다.

일반적으로 미세 수술 기술은 일반 외과, 안과, 정형외과 수술, 산부인과, 이비인후과, 신경외과, 구강 악안면 수술, 성형외과, 족뇨 수술 · 소아 외과 수술과 같은 여러 분야의 전문 기술로 활용되고 있다. 정교한 작업이 필요한 신경 · 혈관을 다루는 시술이기 때문에 로봇기술의 적용으로 발전 가능성이 매우 큰 분야이기도 하다.

이러한 이점을 이용해 현재 로봇 기술이 접목돼 망막, 내이, 뇌, 척수, 신경계, 혈관계, 심장, 비뇨기 관련 수술에 관한 기술이 개발되고 있다. 이러한 미세수술은 고도의 정확성과 손재주를 요구하며, 기존의 수술 방법으로는 일정 이상의 정확도를 보장하기 어렵기 때문에 로봇을 이용한 원격 미세수술 시스템을 이용해 미세수술을 수행하는 의사의 손의 움직임을 줄이고, 떨림을 보정하며, 수술 도구에 부과되는 힘을 조정함으로서 수술 정밀도를 향상시키고 인간 공학적이며 안전한 미세수술이 가능하게 하는 시스템을 제공한다.

현재 미세수술 로봇은 이미 상업적으로 이용 가능한 제품에서부터, 임상 실습 중인 시스템에 이르기까지 많은 연구가 진행 중에 있다. 이중 대표적인 기술 개발 사례에 대해 적용 분야별로 소개하고자 한다.

가) 안과 수술 · 이비인후과 수술

안과 · 이비인후과 수술은 매우 복잡하고 정밀한 조작을 필요로 한다. 한 예로, 유리체 망막 수술에서 적용되는 힘은 사람이 지각할 수 있는 힘의 한계 값보다 낮다. 사람이 직접 망막 미세 수술을 진행할 때는 수술 현미경의 시각적 피드백에 거의 전적으로 의존하기 때문에 절차가 굉장히 어렵다는 단점이 존재한다. 이러한 한계를 극복하고 수술 정확도를 향상시키기 위해 여러 로봇 시스템이 개발되고 있다.

나) 신경외과

신경외과 수술은 영상 유도 기술이 최초로 사용된 분야이다. 영상유도기술은 환자의 두개골에 부착된 마커를 이용해 수술 기구의 정확한 위치를 파악하는데, 수술 중에 환자 뇌 형상의 변화가 일어나면서 수술도구의 위치 정확도가 떨어진다는 문제가 발생한다. 이를 해결하기 위해 이미징(imaging) 기법과 공간 제약 조건과 호환되는 로봇수술이 필요하다. 특히, 신경외과에서의 수술도구 조작은 사람의 뇌 안에 원하는 지점에 수술도구를 정렬, 방향 지정 · 조작하는 방법으로 나누어진다. 로봇을 이용한 신경외과 수술의 이점은 로봇 시스템의 위치정확도와 원격 수술이 가능하다는 점으로 알려져 있다.

다) 위장 관련

Gastrointestinal tract surgery(위장관 수술)는 위장과 내장을 따라 시행된다. 로봇 시스템을 접목한 수술에 관한 연구는 최근 미세로봇 기술의 발전으로 인해 더욱 두드러지고 있다. 접목되는 로봇 · 컴퓨터 보조 시스템의 대부분은 이미징 · 내시경 검사를 대상으로 하지만 수술을 위한 시스템도 활발히 연구가 진행 중에 있다. 대부분의 유연 내시경을 이용한 인체 삽입과정에서 장이 접히는 폴딩 포인트를 통과하면서 내시경의 강성에 의해 장벽을 미는 경우 환자에게 불편함과 고통을 야기하게 된다. 소장의 경우는 기존의 방법을 이용해서는 도달 할 수 없게 된다.

라) 비뇨기 관련

비뇨기과 수술의 경우는 로봇을 이용한 수술 시스템이 수술과정에 상당한 영향을 끼치는 영역이다. 사실, 비뇨기과는 합병증을 줄이고 치료의 정확성을 향상시키는데 도움이 되는 복강경 검사 · MIS와 같은 기술이 적용된 첫 분야였다. 그러나 MIS와 관련된 촉각 감지뿐만 아니라 동작의 정밀함과 수술시의 시야에 대한 제약 때문에 개방 수술과 비교해 로봇 시스템을 이용한 시술에 더 큰 어려움이 있을 수 있다. 이러한 단점을 해결하기 위한 여러 의료용 로봇 응용 프로그램의 개발이 촉진됐다.

국내 수술로봇은 벤처와 중소기업 중심으로 수술로봇을 상용화하기까지 장시간의 개발 시간과 많은 투자비용을 감수하기 어렵고, 보수적인 성향을 가진 의료 시장을 공략하는데 의료 분야에서 브랜드와 신뢰도가 없는 새로운 수술로봇 시스템이 시장을 창출하거나 새롭게 진입하는데 많은 어려움이 따른다.

국내의 수술 로봇 기술력 발전을 위해서는 전체 시스템 개발의 측면 뿐 아니라 국내 부품산업의 원천기술력을 확보해 시스템 개발의 비용 · 기간을 단축시키는 노력이 필요하다. 또한 현재는 인공지능, 빅데이터 등을 융합한 information guided surgery인 surgery 4.0의 패러다임에 부합하는 수술로봇 시스템 기술 개발이 필요하다. 수술 로봇 기술 개발을 향한 노력과 범국가적 협력체계 구축을 통해 국내의 기술로서 세계의 수술 · 의료 로봇 시장에서 지속적으로 활용될 수 있는 시스템 개발이 가능하길 기대한다.

 

 

 

 

 

글_서승범 한국과학기술연구원 선임연구원