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“머지않은 미래에 의료진은 초인적인 시각과 촉각을 얻게 될 겁니다. 로봇 덕분이죠.”

로봇이 수술에 사용되는 방식은 두 가지다. 의사의 손을 대신하는 ‘수술 로봇’과 눈을 대신하는 ‘수술 내비게이션’이다. 수술 로봇은 배꼽이나 입을 통해 체내로 들어가 흉터를 남기지 않는 수술에 주로 사용된다. 수술 내비게이션은 의사의 눈에 보이지 않는 체내를 시각화한다. 수술로봇연구실을 이끄는 홍재성 대구경북과학기술원(DGIST) 로봇공학전공 교수는 국내 최초로 증강현실(AR·Augmented Reality)을 수술 내비게이션에 접목했다.

‘포켓몬 고’처럼 눈앞에 장기 나타나

수술을 진행하는 의료진의 시야에는 종양, 혈관 등의 안쪽 부위는 보이지 않는다. 수술 내비게이션은 차량용 내비게이션(GPS·위성위치확인시스템)처럼 치료 부위의 정확한 위치를 알려주고, 수술 장비가 그 위치에 놓일 수 있도록 수술 경로를 안내한다. 전통적으로는 컴퓨터단층촬영(CT)과 자기공명영상(MRI) 등이 그 역할을 했다.

홍 교수는 “의료진은 CT나 MRI 이미지와 환자의 몸을 번갈아 관찰하며 치료 부위 안쪽의 상태를 머릿속으로 가늠해 수술을 진행한다”며 “AR을 접목하면 사전에 파악한 이미지와 실제 환자의 몸을 한 시야에서 눈으로 확인할 수 있다”고 말했다.

AR은 현실의 이미지에 3차원(3D) 가상 이미지를 겹쳐 하나의 영상으로 보여주는 기술이다. 지난해 선풍적인 인기를 끈 스마트폰 게임 ‘포켓몬 고’가 AR을 접목한 대표적인 사례다. 연구진은 CT와 MRI 이미지를 3D로 구현한 뒤, 수술용 카메라가 포착할 실제 영상에 이 이미지를 겹쳐 나타내는 방식으로 AR 수술 내비게이션을 만들었다. 가령, AR 기능을 갖춘 태블릿PC로 환자의 가슴팍을 비추면 내부의 심장, 혈관, 신경, 갈비뼈 등의 정확한 위치를 파악할 수 있다.

게임과 달리 의료 분야의 AR기술은 매우 높은 정확도가 요구된다. 생명을 다루는 만큼 작은 오차도 자칫 치명적인 결과를 낳을 수 있기 때문이다. 연구진은 자체적으로 ‘3D 위치 추적 시스템’을 개발해 위치 정확도를 높였다. AR장비에 위치 정보를 알리는 마커를 부착한 뒤, 2대의 적외선 카메라로 3차원 공간에서 물체의 위치와 방향을 파악하는 방식이다.

홍 교수는 “대형병원은 물론 개인병원이나 개발도상국에서도 사용할 수 있도록 합리적인 가격으로 제품을 보급해 많은 사람들이 양질의 의료 혜택을 누리도록 돕는 게 목표”라며 “외국에서 개발된 기존 장비와 정확도는 비슷하고, 가격은 10분의 1 수준으로 낮췄다”고 말했다.

연구진은 현재 국내 유수 대형병원과의 공동 연구를 통해 AR 수술 내비게이션의 성능을 검증하고 있다. 이미 동물 뼈와 사람의 사체에 적용한 실험에서 임상시험에 도입해도 될 수준이라는 긍정적인 결과를 얻었다. 연구진은 숨을 쉬고 움직이는 과정에서 실시간으로 변하는 체내 상태에 따른 오차를 교정하는 작업을 거친 뒤 조만간 임상시험에 들어갈 계획이다.

AR 접목은 전 세계 다섯 팀 뿐

“전자공학을 전공하던 학부 시절에는 로봇이 수술 도구로 사용되리라는 상상조차 못했습니다.”

홍 교수는 일본 도쿄대에서 박사과정을 밟으며 처음 수술 로봇을 접한 뒤 15년 가까이 한 우물을 파왔다. 그 사이 대표적인 수술 로봇 ‘다빈치’가 도입되면서 의료계에는 로봇 바람이 불고있다. 일본은 이미 수술 내비게이션을 실제 의료 현장에 사용하고 있으며, 미국은 수술 내비게이션의 사용을 의무화 하고 있다. 하지만 아직 전 세계에서 AR을 수술 내비게이션에 접목한 연구진은 홍 교수팀을 포함해 다섯 팀 정도에 불과하다.

홍 교수는 “수술 로봇과 수술 내비게이션은 연구에서 상용화까지 걸리는 기간이 수 년 정도로 짧은 편이어서, 연구가 실제 현장에서 사용되고 이를통해 세상을 돕고 있다는 뿌듯함을 느낄 수 있는 분야”라며 “인공지능 기술의 발전과 함께 수술 로봇 분야는 향후 더욱 성장할 것”이라고 말했다.