ICT 융합기술·인공지능 기술 접목
보조 기능에서 주도적 역할로 진화

부산부민병원 도입 큐비스 조인트
무릎뼈 정렬 실시간으로 확인 가능
절삭 오차 0.3mm 이하까지 달성
재활치료 기간 단축·빠른 회복 도와

강영훈 부산부민병원 로봇수술센터장이 ‘큐비스-조인트’ 로봇으로 무릎 인공관절 수술을 진행하고 있다. 큐비스 조인트는 완전 자동화 시스템으로 절삭 오차가 적고, 무릎 중심축 정렬에 장점이 크다. 부산부민병원 제공

무릎은 체중을 지지하고, 걸을 때 발생하는 충격을 흡수하고 완충하는 역할을 한다. 과다한 사용이나 노화에 의한 퇴행성으로 무릎 연골이 모두 닳아서 뼈와 뼈가 충돌하면 보행에 어려움을 겪게 된다. 보행 장애와 통증이 견디기 힘들 정도로 심해지면 연골과 뼈를 제거한 다음 이를 대신할 인공관절을 이식해야 한다. 무릎 인공관절은 로봇수술이 가장 활발하게 적용되고 있는 분야다.

■진화하는 수술방 로봇시스템

최초의 인공관절 수술은 주로 수작업으로 이루어졌으며, 정밀도와 복원력에 한계가 있었다. 집도의가 직접 망치, 의료용 톱, 드릴 등을 사용해 절삭, 삽입, 고정 등을 진행했다. 하지만 과학의 발전으로 로봇 기술이 도입되면서 분위기가 달라졌다. 수술의 정확도와 안전성도 점점 향상되기 시작했다.

의사의 손에서 로봇팔로 바뀌었지만 문제가 없는 것은 아니었다. 로봇수술 도입 초기에는 장비도 비싸고 기술력도 완벽하지는 못했다. 로봇에 대한 믿음도 부족했다. 의사가 직접 수술을 시행하는 것에 비해 로봇은 의사의 능력과 경험에 대한 의존도가 낮다는 우려도 컸다.

수술방에서도 회의적인 반응이 많았다. 무엇보다 수술시간이 오래 걸렸기 때문이다. 1세대 로봇은 환자의 움직임으로 인해 수술범위가 달라져도 자동으로 멈추지 않았다. 그럴 경우에는 의사가 로봇을 멈춘 후에 다시 조정을 해야 했다. 그러다보니 한 쪽 무릎을 수술하는데 100분 이상이 걸리기도 했다.

실제 수술도 원하는 방향으로 절삭이 제대로 이루어지지 않을 때가 종종 생겼다. 기존의 의사가 하던 수술과 결과가 비슷한데 굳이 로봇을 왜 이용하냐는 의문이 당연히 제기됐다.

하지만 ICT 융합기술과 인공지능(AI)의 접목으로 로봇 인공관절수술이 꾸준히 진화하고 있다. 수술방에서 노출되었던 단점들이 극복되면서 훨씬 정밀하고 안전한 수술 결과를 얻을 수 있게 됐다. 첨단기술이 적용되면서 정교함과 안정성이 더욱 높아졌다.

부산부민병원 강영훈 로봇수술센터장은 “초기의 로봇은 주로 의사의 보조적인 역할을 했으나 점차 주도적인 역할을 수행하고 있고 현재는 자동화까지 가능하게 발전했다. 로봇 인공관절 수술은 의료 분야에서 기술적 진보의 상징이 되고 있다”고 말했다.

■예측 가능하고 정밀한 수술로 회복 빨라

로봇수술 시스템은 일반적인 인공관절 수술과 비교하여 뚜렷한 장점을 가지고 있다. 먼저, 일반 수술은 집도의의 경험에 따라 성공률의 차이가 날 수 있다. 하지만 로봇수술은 사전에 수립한 정교한 데이터를 기반으로 수술이 진행돼 균일하고 높은 성공률을 보여준다. 동일한 결과를 기대할 수 있다는 것은 환자 입장에서 예측 가능하고 더 안전한 치료를 받을 수 있다는 의미다.

또한 환자에게 맞춤형으로 설계된 수술이 가능하다. CT와 MRI 영상으로 환자 정보를 얻었던 일반 수술과 달리 로봇수술은 사전에 3D 입체 영상을 기반으로 뼈의 모양과 형태, 위치 및 각도를 분석하여 정밀한 수술이 가능해졌다. 이는 오차를 최소화하고 환자 개인에게 맞춤 치료를 제공할 수 있다는 점에서 혁신적이라고 할 수 있다.

그리고 가장 큰 장점은 회복 기간을 단축시키고 수술 후 통증을 줄여준다는 점이다. 로봇팔의 자동제어 기능을 사용해 주변 조직 손상을 최소화하기 때문이다. 연부 조직을 불필요하게 자극하지 않고 최소한의 절개를 하므로 인대 및 신경손상이 예방될 뿐 아니라 출혈 역시 최소화돼 재활 회복기간과 통증을 줄여준다. 실제로 로봇수술은 약 3일 후 보행이 가능하며, 물리치료 횟수는 평균 5회로 일반 인공관절 수술에 비해 절반 이상이 단축된다.

■완전 자동화 로봇 큐비스 조인트

현재 가장 상용화 되어있는 인공관절 수술로봇은 마코(Mako)다. 로봇수술을 시행하는 대부분의 병원에서 마코를 사용하고 있다.

강영훈 센터장은 “현재 우리 로봇수술센터 내에서 마코로봇을 사용하고 있지만 최근에 완전 자동화 로봇인 큐비스 조인트를 추가로 도입했다. 기존의 로봇과 가장 큰 차이점은 절삭 부위를 가이드만 해주는 것이 아니라 자동 절삭 기능을 갖추고 있다는 것이다. 가상수술 계획에 따라 로봇이 스스로 정밀하게 뼈를 절제하는 자동화 시스템으로 진행된다”고 설명했다.

큐비스 조인트는 절삭 톱날이 아닌 밀링 절삭을 한다. 그렇기 때문에 절삭 톱날이 밀릴 위험이 없고 뼈 표면이 매우 깔끔하게 절삭되어 인공관절과의 밀착력이 높다. 무릎뼈 절삭 오차가 0.5㎜ 이하다.

더불어 수술 중 환자 뼈의 정렬을 실시간으로 확인할 수 있다. 인공관절 수술에서 엉덩이-무릎-발목관절 중심을 잇는 다리 축의 정렬 각도를 일직선에 가깝게 교정하는 것이 매우 중요하다. 정렬이 잘못되는 경우 수술 후 관절을 움직일 수 있는 각도가 줄어들기 때문이다. 대개 다리 축 정렬 각도가 3도 이내면 성공적이라고 평가하는데 큐비스 조인트는 1도 안팎으로 좁힐 수 있다.

향후 인공관절 로봇수술의 전망은 매우 밝다. 로봇의 자율성과 스마트화로 인해 의료진의 업무 효율성도 점점 향상될 것으로 기대된다. 강영훈 센터장은 “인공지능 기술과 로봇수술의 결합은 미래 의료 분야에서의 혁신적인 변화를 이끌어 낼 것이다. 인공지능의 접목으로 임상 데이터와 다양한 수술경험이 축적되면 로봇수술의 부작용이 줄고 성공률은 높아질 것이다. 로봇수술이 인공관절 수술의 표준치료법으로 자리잡게 될 날이 멀지 않았다”고 전망했다.

김병군 기자 gun39@busan.com