수술로봇시스템 개발을 위한 융합기술

<편집자주>

의료사고의 발생을 방지하고, 환자의 고통을 최소화하는 의료기술개발에 최근 국민적인 관심이 증대되고 있다. 특히, 복강경 수술의 안정성에 대한 우려가 증가함에 따라 기존 수술방식의 단점을 뛰어넘는 수술로봇 개발의 필요성이 커지고 있다.

인구의 고령화, 건강에 대한 관심증가에 따라 지속적인 성장이 전망되는 수술로봇 분야는 첨단 컴퓨터, 기계공학, 나노과학이 바이오 기술과 융합·진화돼 기존에 불가능했던 수술영역을 확장하고 있다.

이에 본지에서는 융합연구정책센터에서 발표한 자료를 토대로 수술로봇 분야에 대해 재조명해봤다.

출처. 융합연구정책센터

1. 개요

(1) 기술개념

수술로봇시스템은 수술과정의 전체 혹은 일부를 의사 대신 또는 의사의 제어에 따라 수술하는 로봇시스템 기술을 말한다.

표. 수술로봇시스템 기술개념

(2) 핵심기술

수술로봇시스템은 수술을 가이드 하는 내비게이션 기술과 수술의 흐름을 통제하고 의료진의 의사결정을 도와주는 정보화 기술, 로봇과 의료진/의료진-의료진 간의 협업을 가능하게 하는 원격 협업기술 등이 융합해 시스템이 작동된다.

- 수술 내비게이션 시스템

수술도구의 위치, 대상과의 거리를 의료영상(CT, MRI 등) 위에 표시해 수술 방향을 안내하는 기술을 말한다.

표. 수술로봇시스템의 핵심기술

- 수술계획시스템: 수술 시뮬레이터

가상 그래픽, 햅틱 장치 등을 통해 수술 전에 단계 및 절차 확정을 위해 수술방법을 시각화하는 기술을 말한다.

- 원격 협업기술

의사가 원격장소에서 증강현실시스템을 통해 실제 수술 장소에 있는 것처럼 느끼며 시술하는 기술을 말한다.

증강현실을 이용 수술 가이던스 시스템 

수술계획시스템 

원격 협업기술

2. 국내·외 정책 및 R&D 동향

(1) 미국

1980년대에 미 항공우주센터(NASA)에서 시작한 가상현실 개념을 토대로 스탠포드연구소(SRI, Stanford Research Institute)가 협력해 원격수술 시스템을 개발했다.

미 국방성 DARPA 프로그램을 통해 전쟁에서 부상당한 병사를 의사가 원격지에서 치료하는 장치를 개발하고자 막대한 연구비를 지원했으며, 이후 Computer Motion사를 인수한 ‘인튜이티브 서지컬(Intuitive Surgical)’가 2000년 세계 처음으로 미국 식품의약국(FDA)으로부터 수술용 로봇 ‘다빈치(da Vinci)’의 공식 승인을 받아 로봇수술 시대를 본격적으로 개척하기에 이르렀다.

현재에는 CMU의 Robotics Institute 산하 National Robotics Engineering Center, Field Robotics Center를 중심으로 연구개발 및 기업화를 위한 시도를 진행중이다.

다빈치 수술 로봇 시스템 

제우스 로봇 시스템 

이솝(AESOP)

(2) 일본

일본정부는 2012년 4월, 전립선암 로봇 수술에 대한 급여를 인정해 국가보험을 적용했고, 이후 복강경 수술로봇 도입이 가파르게 증가했다. 현재는 가와사키중공업 및 파나소닉과 함께 췌장종양 제거와 같이 더욱 복잡한 수술이 가능한 다빈치 수술로봇의 경쟁제품 개발을 추진중이다.

한편, Nagoya대학 마이크로·나노시스템공학 연구그룹에서는 일본정부가 지원하는 NEDO프로젝트로 2종류의 원격수술로봇을 개발했다.

(3) 한국

국내에서는 ‘창조경제 실현을 위한 미래부 BT분야 투자전략’을 지난 2013년 11월에 발표하고, 차세대 의료기반 구축을 위해 의료용 로봇 등에 대한 원천기술개발을 지원했다. 이에 앞서 신성장동력 스마트 프로젝트('09, 지경부) 내 로보닥 프로젝트가 시행돼 큐렉소, 현대중공업, 삼성서울병원의 협업을 통해 시제품을 개발했으며, 국제공동기술개발사업('07, 지경부)에서도 복강경 수술로봇 개발에 성공했다.

 복강경 수술로봇 시제품 

국산 인공관절 수술로봇시스템

표. 융합관련 지원과제 현황

2005년 다빈치 로봇수술이 신의료기술로 인정된 이후, 국내에서는 2014년 6월 기준 35개 병원에서 45대가 설치되는 등 해외기술의존도가 높은 편이다.

하지만, 최근 경북대 의료로봇연구소에서는 산업용 로봇과 정형외과용 체외고정장치 기술을 융합해 골절 및 변형교정용 다목적 뼈수술로봇(뫼비우스로봇)을 개발했으며, KAIST 미래의료로봇연구단은 흉터없는 내시경 수술이 가능한 ‘노츠(NOTES)’ 수술로봇과 단일 통로 복강경 수술인 싱글포트 수술로봇 개발을 완료했다.

또한, (주)큐렉소는 미국의 Integrated Surgical System으로부터 2007년에 ROBODOC 수술로봇에 대한 모든 자산을 인수하고 2008년에는 미국의 FDA 승인을 받았으며, 현대중공업과 2011년에 인공관절치환수술 로봇의 국산화에 성공했다. 그 외에도 미래컴퍼니는 da Vinci® 수술시스템과 유사한 복강경 수술로봇 시스템을 개발하고, 현재 임상시험을 준비 중이라고 밝혔다.

3. 국내 기술수준 분석

수술로봇시스템 관련 국내 평균 기술수준은 최고기술보유국인 미국 대비 75.5%이며, 기술격차는 4년으로 나타났다. 세부분야로는 가상·증강현실기술이 최고선진국 대비 79.4%로 가장 높았고, 인체 영상기기 기술의 기술격차가 가장 큰 것으로 파악됐다.

표. 관련 분야의 국내 기술수준

4. 시장동향

최근 의료 로봇 국내 생산액은 2010년 92억 원, 2011년 129억 원, 2012년 137억 원으로 점차 증가 추세를 보이고 있다.

표. 의료용 로봇 시장 규모 추정(단위: 백만 달러, 억 원)

현재 세계 시장은 Intuitive Surgical의 ‘다빈치’ 수술 로봇이 선점했으며, 국내 기업 중에는 (주)큐렉소와 현대중공업이 활발히 제품 개발 중이다.

우리나라는 의료기기 시장이 연평균 8.3% 성장하는 등 세계적으로도 급성장하는 추세를 보이고 있기는 하지만, 기술력, 자본력, 인지도 등에서 매우 열세로 전체의 62%가량을 수입에 의존하고 있다.

특히 국내 의료기관 및 공공기관의 외국산 선호와 국산에 대한 차별적인 제도 존재로 국산 의료기기 보급이 미비한 것으로 판단된다(국공립 18.1%, 대형민간 19.5%).

5. 결론 및 정책적 시사점

(1) 연구 및 제품개발을 위한 기업과 정부의 투자 확대

선진국 제품에 대한 수입의존도가 높은 수술로봇의 국산화를 위해서는 연구개발 및 제품개발을 위한 기업과 정부의 투자 확대가 필요하다.

기존 산업기술과 의료기술이 융합된 요소기술 확보를 위해 의·학·산간 긴밀한 협조체계의 구축 및 강화된 정부 지원정책이 필요하다. 특히 수술로봇시스템 기술 중 Killer Application이 될 영역에 대한 연구를 활성화하고, 이를 로봇 전 분야로 확대하는 정책적 지원이 마련돼야 할 것이다.

(2) IT·BT 융·복합 의료기기 원천기술 중개연구 지원

IT·BT 융복합 의료기기 원천기술 개발에 대한 중개연구 지원을 확대해야 한다. 임상시험 진입율과 성공률 제고를 위해 임상시험 비용 지원을 증대하고, 병원과 연계된 중개·임상시험 거점을 마련해야 할 것이다.

(3) 의료로봇 연구회 또는 포럼 구성

의료계, 산업체, 학계가 공동으로 의료로봇 연구회 또는 포럼을 구성해 이종 분야의 의견 수렴을 강화하고, 수술로봇에 대한 신뢰성 확보에 노력해야 한다. 기업과 첨단복합단지, 원, 인증기관을 연계한 수술로봇의 신뢰성 평가시스템을 구축해야 한다.

(4) 새로운 융합형 의료기기의 R&BD 추진

BT와 IT 융복합을 통한 새로운 융합형 의료기기의 R&BD 추진이 필요하다. 병원, 지식재산권·인허가 관리자 등의 참여를 강화한 R&D 지원을 통해 시장진출 성공을 위한 전략적 투자가 이뤄져야 할 것이다. 

<월간 로봇기술 3월호에 게재됐습니다.>