복잡한 혈관 속 문제, '의료로봇 어벤져스'가 해결한다

[베리타스알파=신승희 기자] DGIST는 로봇 및 기계전자공학과 최홍수 교수 연구팀이 한양대 이병주 교수팀, 분당서울대병원 윤창환 교수팀, 가톨릭대 서울성모병원 박훈준 교수팀, 스위스취리히연방공대(ETH Zurich) 브래들리 넬슨(Bradley J. Nelson) 교수팀과의 공동연구를 통해 원격 및 실시간으로 자기장을 이용해 혈관시술 기기인 가이드와이어의 방향을 선택적으로 제어하여 목표병변까지 빠르고 안전하게 가이드와이어를 위치시킬 수 있는 '자기장 기반 정밀 제어 마이크로로봇 혈관 중재시술 시스템'을 개발하는데 성공했다고 9일 밝혔다.

최소칩습적 치료법인 혈관중재시술의 경우, 피부를 미세하게 절개한 후 와이어 형태의 시술기구인 가이드와이어(유도철사)와 카테터(도관)를 삽입하여 막힌 혈관 부위를 X-ray 영상으로 관찰하며 진행하는 시술이다. 기존의 경우 시술자의 숙련도와 전문성에 따라 시술 성공률의 편차가 크고, 특히 환자의 혈관구조가 복잡할수록 수동으로 가이드와이어와 카테터의 방향을 정확하게 제어하기 어렵다는 한계점이 존재한다. 특히 이러한 시술을 주기적으로 시행하는 의료진은 X-ray 방사선 피폭량에 지속적으로 노출된다는 문제점이 있다.

DGIST 최홍수 교수 연구팀은 이러한 기존 중재시술의 한계를 극복하기 위해, 유연 자성 가이드와이어 마이크로로봇, 수술용 침대와 결합된 8개의 전자기 코일 기반 자기장 제어 시스템, 바이플레인 X-ray 영상 시스템 및 마스터 슬레이브 시스템이 통합된 전자기 제어 마이크로로봇 혈관 중재시술 시스템을 개발했다. 시술자는 전자기장을 인가하여 가이드와이어 마이크로로봇이 자기장 방향에 따라 정렬(alignment)하는 원리를 이용해 원하는 방향으로 가이드와이어를 정밀하게 제어할 수 있으며 제어각도 90도 이상의 3차원 조향이 가능하다.

연구팀은 전자기 제어 마이크로로봇 중재시술 시스템의 임상적 유효성을 확인하기 위해 돼지모델에서 전임상 동물실험을 진행했다. 원격 자기장 제어를 통해 돼지 심장의 관상동맥(coronary artery) 내에 위치한 다수의 목표병변에 선택적으로 가이드와이어 마이크로로봇을 성공적으로 위치 시켰으며, 개발한 시스템이 실제 심혈관시술에 사용될 수 있음을 확인했다. 또한 장골동맥(iliac artery), 신장동맥(renal artery) 환경에서 가이드와이어 마이크로로봇이 자기장 제어를 통해 목표 위치까지 성공적으로 도달함을 확인하여 심혈관 이외에도 간, 뇌 등 다양한 혈관에 적용될 수 있음을 증명했다.

DGIST 로봇 및 기계전자공학과 최홍수 교수는 "본 연구를 통해 세계 최초로 유연 자성 가이드와이어 마이크로로봇, 수술용 침대와 결합된 전자기장 제어 시스템, 바이플레인 X-ray 이미징 시스템 및 마스터 슬레이브 시스템을 통합하여 전임상시험 수준에서 개발한 기술의 장점 및 잠재적 임상적 유효성을 확인할 수 있었다”라며 "앞으로 기술의 고도화 및 최적화 연구를 통해 최종적으로 의료기기 승인을 받아 실제 의료현장에 활용 될 수 있도록 노력하겠다”라고 말했다.

한편, 이번 연구 결과는 세계적인 국제 과학 학술지 '어드밴스드 헬스케어 머티리얼즈 (Advanced Healthcare Materials, 의공학 분야 상위 8.43%)'에 6월 8일 자로 게재됐으며, 표지논문(Back Cover)으로 선정됐다. 본 연구는 보건복지부 및 과학기술정보통신부의 지원으로 수행됐다.