마이크로 로봇, 4차산업혁명 시대 의료 생태계 주도
마이크로 로봇, 4차산업혁명 시대 의료 생태계 주도
새로운 진단과 치료방법 제시 ... 삶의 질 크게 향상
  • 박정식 기자
  • 승인 2018.12.24 07:53
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의료용 생체 마이크로 로봇과 미세수술 로봇이 앞으로 새로운 의료 생태계를 구축할 수 있을 것이라는 전망이 제기됐다.
의료용 생체 마이크로 로봇과 미세수술 로봇이 앞으로 새로운 의료 생태계를 구축할 것이라는 전망이 나왔다.

[헬스코리아뉴스 / 박정식 기자] 의료분야에 로봇이 등장하면서 인간의 삶에 큰 변화가 찾아온 것은 그리 오래된 일이 아니다. 아쉬운 것이 있다면 지금의 로봇은 수술 등 질병을 치료하는데 많은 한계를 가지고 있다는 것이다. 그러나 4차 산업혁명시대에는 고난이도의 수술까지 가능하게 하는 로봇이 등장, 인간의 삶의 질을 크게 개선할 것이라는 긍정적인 전망이 나왔다. 

화제의 주인공은 의료용 생체 마이크로 로봇과 미세수술 로봇이다. 융합연구정책센터가 발간한 ‘융합연구리뷰 12월호’는 이들 로봇이 새로운 진단과 치료방법을 제시함으로써, 더나은 미래의 의료 생태계를 구축할 것이라는 내용을 소개했다. 의료진은 큰 어려움없이 복잡한 수술을 할 수 있고 환자 역시 고통없이 질병을 치료할 수 있다는 기대감이 점점 커지고 있다.

 

의료용 생체 마이크로 로봇, 기존 치료 방법 개선 할 수 있어

융합연구리뷰 12월호에 따르면 의료용 생체 마이크로 로봇은 기존 치료 방법을 개선하거나 새로운 치료기법을 개발하는데 활용될 수 있다.

수 밀리미터(mm)부터 작게는 수 나노미터(nm)의 미세한 크기와 정밀한 이동 및 방향 제어가 가능해 일반적인 수술 로봇이 닿을 수 없는 신체 내부의 부위까지 도달할 수 있다. 따라서 정확한 진단과 치료를 가능하고 최소 또는 무절개 방식으로 시술과 치료를 할 수 있어 감염과 내상의 위험이 적다.

특히 마이크로 로봇은 약물전달, 세포전달, 혈관시술에도 응용할 수 있다.

# 약물치료

약물 치료의 경우 기존의 경구 투여 및 주사 투여 방식은 원하는 해당 질병이 있는 부분 이외의 정상 세포와 조직, 장기들까지 약물의 영향을 미쳐 부작용을 유발할 수 있다. 뿐만 아니라 목표지점에 필요한 약물의 양을 적절히 조절하기도 힘들다.

 

단일세포에 형광물질을 전달한 나선형 마이크로 로봇. (사진=2018 융합연구리뷰 발췌)
단일세포에 형광물질을 전달한 나선형 마이크로 로봇. (사진=2018 융합연구리뷰 발췌)

반면 마이크로 로봇을 활용하면 다른 장기, 세포, 조직들에 대한 영향 없이 병변 부위에만 약물을 전달해 부작용을 최소화하고 약물효과를 극대화할 수 있다. 실제로 마이크로 로봇을 이용한 목적지향성 약물 전달에 대한 연구결과를 살펴보면 마이크로 로봇이 원하는 목표 세포에 물질을 전달하고, 약물 전달 시 온도를 제어해 약물 방출을 조절한 사례가 있다.

약물 전달 후 마이크로 로봇의 회수는 중요한 고려 사항 중 하나다. 이에 생분해성 재료를 이용해 약물 전달 후 자연스럽게 분해돼 회수할 필요가 없는 마이크로 로봇도 연구 중이다.

# 줄기세포 치료

줄기세포 치료에도 마이크로 로봇을 활용할 수 있다. 줄기세포는 인체 내 다양한 조직 및 기관의 세포 기능을 재생하고 치료할 수 있어 암, 심혈관질환, 혈액질환, 뇌질환 등 다양한 질병 치료에 적용할 수 있다. 최근 재생의학 분야에서 마이크로 로봇이 높은 관심을 받고 있는 이유다.

병변을 개복한 후 줄기세포 탑재 패치를 주입하는 등의 현재의 줄기세포 치료 방법은 침습적이며 수술후 고통 및 염증을 유발할 수 있고 회복시간이 길어질 수 있다. 세포 전달용 패치의 경우 크기가 커 신체 내 도달할 수 있는 분위도 제한적이다. 

 

세포를 3차원으로 배양・전달 가능한 스캐폴드(scaffold)형 마이크로 로봇. (사진=2018 융합연구리뷰 발췌)
세포를 3차원으로 배양・전달 가능한 스캐폴드형 마이크로 로봇. (사진=2018 융합연구리뷰 발췌)

하지만 마이크로 로봇 기반 세포 전달의 경우에는 약물 전달과 같은 장점을 가지고 있어 기존 세포 전달 방식의 한계를 극복할 수 있다. 3차원 세포 배양 및 전달이 가능한 스캐폴드(scaffold)형 마이크로 로봇은 스캐폴드 구조를 통해 3차원으로 상호 작용하며 세포를 배양할 수 있다. 자기장을 통해 원하는 부위로 정밀하게 위치를 제어해 세포를 전달 할 수도 있다.

# 혈관질환 치료

마이크로 로봇은 혈관질환 치료에 대한 가능성도 보여주고 있어 기존 시술의 어려움을 보완 할 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다.

혈관질환에 대한 가장 일반적인 치료법은 약물치료와 혈관 우회로 이식(vascular bypass graft), 경피 경관 혈관 성형술(Percutaneous Transluminal Angioplasty·PTA)을 꼽을 수 있다.

혈전 용해제 또는 항응고제를 사용해 혈전을 용해하는 약물치료는 손상된 혈관의 지혈 반응에 악영향을 미칠 수 있다. 폐색된 혈관을 이식한 혈관으로 우회하는 혈관 우회술은 장시간 회복과 함께 번거로운 복강경 수술이 포함돼 있다. 막힌 혈관에 스텐트를 삽입해 혈액의 흐름을 원활하게 하는 치료법인 PTA는 가이드 와이어 및 카데터의 자유로운 조작과 시술 성공 확률을 높이기 위해 고도의 훈련과정과 시술자의 숙련된 경험이 필요하다. 또 훈련과 숙련된 경험이 있더라도 환자의 해부학적 심혈관 구조에 따라 시술 성공 확률도 많은 영향을 받는다.

 

가이드 와이어를 부착한 마이크로 로봇. (사진=2018 융합연구리뷰 발췌)
가이드 와이어를 부착한 마이크로 로봇. (사진=2018 융합연구리뷰 발췌)

하지만 마이크로 로봇의 작은 크기는 최소 침습적인 시술을 가능하게 하며, 외부 자기장을 이용해 무선으로 정밀하게 조작 할 수 있어 시술자가 보다 정밀하고 신속하게 시술을 진행할 수 있도록 돕는다.

최홍수 대구경북과학기술원(DGIST) 교수는 융합연구리뷰 12월호에서 “마이크로 로봇 기술을 이용하면 기존에 상상하지 못하던 새로운 치료법이 개발될 수 있을 것”이라며 “마이크로 로봇이 의료현장에서 사용되기 위해서는 앞으로도 많은 기초연구와 동물실험, 임상시험이 필요하며 이를 위해서는 로봇 관련 연구자뿐만 아니라 다양한 분야의 연구자와 임상의의 공동연구가 필요하다”고 조언했다.

 

미세수술 로봇, 수술 정밀도 향상시킬 수 있어

미세수술 로봇을 활용하면 밀리미터 단위의 시·수술이 가능해 정교한 작업이 필요한 신경 및 혈관을 다룰 수 있다.

특히 일반 외과, 안과, 정형외과 수술, 산부인과, 이비인후과, 신경외과, 소아 외과 수술 등과 같은 여러 분야의 전문 기술로 활용될 수 있으며, 로봇 기술을 적용하면 발전 가능성도 매운 클 것이라는 전망이다.

기존의 수술 방법은 일정 이상의 정확도를 보장하기 어려운 반면 로봇을 이용한 원격 미세수술 시스템을 이용하면 미세수술을 수행하는 의사의 손 움직임을 줄이고, 떨림을 보정 하며, 수술 도구에 부과되는 힘을 조정할 수 있어 수술 정밀도를 향상시킬 수 있다.

 

안과 수술 도구를 원격 조종하는 Preceyes 수술 로봇. (사진=)
안과 수술 도구를 원격 조종하는 Preceyes 수술 로봇. (사진=2018 융합연구리뷰 발췌)

매우 복잡하고 정밀한 조작을 필요로 하는 안과 분야를 살펴보면 Preceyes사에서 개발한 로봇을 들 수 있다. 손대신 로봇으로 기존 눈 수술용 도구를 잡을 수 있어 손 떨림이 없다. 여기에 원격 조종까지 할 수 있어 보다 정교한 작업이 가능하다.

영상 유도 기술을 최초로 사용할 정도로 수술장비의 첨단을 달리는 신경외과 분야에서도 정밀도 향상을 기대할 수 있다. 현재 사용되는 영상 유도 기술은 환자의 두개골에 부착된 마커를 이용해 수술 기구의 정확한 위치를 파악한다. 그러나 수술 중 환자 뇌 형상의 변화가 일어나면 수술도구의 위치 정확도가 떨어진다는 문제가 발생한다. 이를 해결하는 방법은 수술도구를 원하는 위치까지 정확하게 접근할 수 있는 미세수술 로봇을 활용하는 것이다.

이처럼 미세수술 로봇은 4차 산업혁명시대 의료현장의 새로운 주역으로 떠오르고 있지만, 우리나라는 아직 넘어야할 산이 많다. 해외와 달리 국내는 중소기업이 주축이 돼 기술발전이 이뤄지고 있어 발전 속도가 더디다. 따라서 기술개발 뿐 아니라 인증, 건강보험적용, 표준화 등의 포괄적인 영역에 이르기까지 많은 이해관계자간 협력체제 구축이 필요하다는 점은 해결해야 할 과제다.

 

◇ 수술 로봇 시장 연평균 성장률, 글로벌 15% · 국내 45.1% 

마이크로 로봇과 미세수술 로봇 시장은 아직 태동기여서 절대적 강자는 없는 상황이다. 한가지 분명한 사실은 마이크로 로봇과 미세수술 로봇 등 수술로봇 시장이 전세계적으로 성장세에 있다는 것이다.

 

미세수술 로봇시장 전망. (사진=Grand view research, ‘U.S. medical robotic system market, 2015’)
북미 수술 로봇시장 전망. (사진=Grand view research, ‘U.S. medical robotic system market, 2015’)

수술로봇 시장을 예측한 자료를 보면 글로벌 수술로봇 시장은 연간 15%씩 성장 중이며, 2020년경에는 114억 달러 규모에 달할 전망이다. 가장 큰 규모로 성장 중인 북미 시장의 경우 2022년 약 70억 달러에 이를 것으로 예상됐다. 

관심은 우리나라 수술로봇 시장이다. 우리나라의 연평균 수술로봇 시장 성장률은 무려 45.1%에 달한다. 세계적으로 수술로봇 시장은 의료영상·기기, 신경보철, 인공관절 등에서 많은 발전이 이뤄졌는데, 우리나라는 마이크로 로봇 기술 분야에서 상대적으로 경쟁력을 가지고 있다.

실제로 의료용 마이크로봇 기술은 주로 대학이나 연구소 단위에서 학술적 연구를 진행하고 있으며, 최근 들어서는 학술적 연구결과를 기반으로 현장에서 사용하기 위한 사업화가 시작되고 있다. 따라서 의료용 마이크로 로봇 기술의 수요는 앞으로 지속적으로 늘어날 것이며, 관련 기관들의 경쟁과 기술의 발전으로 시장은 확대 발전할 것이라는 전망이 나온다.

최홍수 교수는 “우리나라는 의료용 마이크로 로봇에 관한 논문과 특허에 있어서 세계적으로 주도적 위치에 있는 국가 중 하나”라며 “의료용 마이크로 로봇 분야는 의·공학 및 의료로봇의 성장과 더불어 개선된 치료와 진단 기법의 개발로 기존 시장을 대체하거나 기존에 없던 새로운 시장을 창출할 수 있을 것”이라고 내다보았다.

미세수술 로봇 시장 역시 희망적이다. 미세수술 로봇과 관련한 국내외 기업, 연구기관 대부분의 기술력이 기초기술 개발단계이며 격차가 크지 않기 때문에 암, 뇌질환, 심장질환 등의 주요 질병 치료를 위한 미세의료로봇의 원천기술 개발 및 시스템 통합 연구를 진행한다면 세계적으로 미세의료로봇 시장을 주도할 수 있을 것이라는 관측이다.

서승범 한국과학기술연구원 선임연구원은 “기업의 참여를 유도하고 시장 활성화를 도모하기 위해서는 제도적 지원을 통해 상용화, 임상시험, 네트워킹의 부담을 경감시켜야 한다”며 “수술로봇 시스템 개발 기간과 인·허가 기간을 단축시켜 기업 투자 위험성을 줄여주는 등의 지원이 있다면 우리나라도 수술로봇 강국이 될 수 있을 것”이라고 전망했다.


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