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'심장 속 최초 자율주행' 카테터 자율 로봇 개발돼

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2019년 04월 25일 18:18 프린트하기

피에르 뒤퐁 보스턴 어린이병원 외과 교수 연구팀은 몸 속에서 스스로 판단하고 움직이는 자율주행 로봇을 개발했다고 밝혔다. 연구팀이 모니터를 통해 자율주행 로봇이 보내오는 심장 속 영상을 확인하고 있다. 피에르 뒤퐁 연구팀 제공
피에르 뒤퐁 보스턴 어린이병원 외과 교수 연구팀은 몸 속에서 스스로 판단하고 움직이는 자율주행 로봇을 개발했다고 밝혔다. 연구팀이 모니터를 통해 자율주행 로봇이 보내오는 심장 속 영상을 확인하고 있다. 피에르 뒤퐁 연구팀 제공

몸속에서 스스로 판단하고 움직이는 최초의 자율주행 로봇을 미국 연구팀이 개발했다. 연구팀은 자율 로봇이 몸속에서 도입되면 외과의의 수술 기술을 한 단계 높여주리라 기대했다.

 

피에르 뒤퐁 보스턴 어린이병원 외과 교수 연구팀은 몸 속에서 스스로 움직이는 최초의 자율 주행 카테터 로봇을 개발했다는 연구결과를 이달 24일 국제학술지 ‘사이언스 로보틱스’에 실었다. 카테터는 길고 가는 관을 넣어 끝에 있는 장비를 통해 검사나 조직 절제 등 다양한 치료에 쓰는 의료용 기기다.

 

몸 속에서 움직이는 의료용 로봇의 경우, 외부에서 조종간을 통해 움직이는 경우가 대부분이다. 무선으로 몸속에서 움직이는 로봇도 있다. 하지만 자기장에 의해 움직이는 등 외부의 조작이 필요했다. 연구팀은 “로봇이 몸속에서 스스로 판단하고 움직인 경우는 이번이 처음”이라고 밝혔다.

 

연구팀은 자체 개발한 광학 센서로 심장 내부를 탐지하며 로봇 카테터가 심장 속을 이동하게 했다. 심장 해부학 정보와 수술 전 스캔 자료를 통해 만든 심장 내부 지도를 로봇 카테터에게 학습하게 했다. 이후 인공지능(AI)과 영상 처리 알고리즘을 써 로봇 카테터가 심장 어디에 있는지, 어디로 가야 할지를 스스로 판단하게 했다. 곤충의 더듬이나 설치류의 수염처럼 센서가 주변을 파악하면 벽 주변을 따라 이동하도록 하는 알고리즘도 쓰였다.

 

판막 대동맥 누출 차단술의 모식도다. 심장 판막 대체품의 가장자리 부분에 누출이 일어나면 카테터가 이를 수리하는 기술이다. 피에르 뒤퐁 교수 연구팀 제공
판막 대동맥 누출 차단술의 모식도다. 심장 판막 대체품의 가장자리 부분에 누출이 일어나면 카테터가 이를 수리하는 기술이다. 피에르 뒤퐁 교수 연구팀 제공

연구팀은 돼지 심장 실험으로 성능을 검증했다. 심장 판막 대체품의 가장자리 부분에서 누출이 일어날 경우 이를 수리하는 ‘판막 대동맥 누출 차단’술이 검증에 쓰였다. 숙련된 기술이 필요한 카테터 조작술 중 하나라고 연구팀은 설명했다. 자율로봇 카테터가 목표로 하는 장소에 도착하면 숙련된 심장 수술 전문의가 플러그를 삽입해 누출을 막는 실험을 진행했다.

 

실험 결과 로봇 카테터는 95% 확률로 판막 누출을 막는 작업을 수행하는 데 성공했다. 수행 시간도 150~300초로, 숙련된 외과의사가 손으로 조작할 때 걸리는 시간인 100~200초와 조이스틱으로 조작할 때 걸린 시간인 100~300초와 비슷했다. 뒤퐁 교수는 “피로 가득 찬 뛰는 심장 속에서 3㎜ 단위의 문제를 해결하는 데 성공한 것이 좋았다”고 말했다.

 

연구팀은 자율로봇의 목적은 복잡한 작업에서 외과의를 보조해 외과의가 가장 어려운 조작에만 집중하도록 해 결과를 높이는 데 있다고 설명했다. 또 스스로 움직이는 로봇을 활용하면 내부를 보기 위해 조영제와 같은 방사성 물질을 쓰는 일도 없어질 것이라고 봤다. 자율 로봇이 임상을 성공적으로 수행한다면 이후 숙련된 외과의가 없는 세계 일부 지역에서 외과의들의 수술을 도울 수 있을 것이라고도 봤다.

 

뒤퐁 교수는 “자율 로봇은 수술 능력에 있어 기울어진 운동장을 평평하게 할 뿐 아니라 운동장의 높이 자체를 높일 것”이라며 “자율 로봇은 전 세계 모든 의료인이 자신의 분야에서 최고 수준의 기술을 갖게 되는 것을 약속할 것”이라고 말했다.

 

연구팀의 연구 내용 관련 영상  https://youtu.be/T9aP7Fl5-0s

 

 

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