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향후 수술로봇도 가격경쟁 체제 접어들 것… 표준부품, 모듈화 필요해 향후 수술로봇도 가격경쟁 체제 접어들 것… 표준부품, 모듈화 필요해 한은주 기자입력 2011-01-18 00:00:00

의료용 로봇 업계 및 기술동향


향후 수술로봇도 가격경쟁 체제 접어들 것…

 

표준부품, 모듈화 필요해

 

최근 건강을 중시하는 생활 패턴의 변화로 인한 건강에 대한 관심이 증가되며 의료산업에 대한 관심도 높아지고 있다. 그 중 의료로봇에 대한 관심은 더 특별한데, 일반적으로 산업용 로봇은 위험하거나 정밀도가 요구되는 산업현장에서 단순 반복 작업에 유리한 장점 때문에 활용되고 있지만, 의료 분야에서의 로봇은 고난이도 시술을 가능케 해준다는 측면에서 주목 받고 있다. 본 내용을 통해 의료용 로봇의 종류와 업계동향 등을 살펴보자.

 

1. 의료용 로봇


의료용 로봇은 정확한 시술과 최소 절개 등에 따른 환자의 빠른 회복 등의 이유로 의료용 로봇의 이용이 증가하고 있으며, 정밀성, 다양한 정보의 분석이 가능하여 수술, 재활 등의 분야에서 다양한 분야에서 연구개발이 진행 중이다.
로봇은 사람에 비하여 정밀하고 안정되게 제어될 수 있고 작업 반복성이 우수한 동시에 설계 방법과 기구학적 메커니즘에 따라 복잡한 움직임이 가능하고 손 떨림을 제거할 수 있어 의료용 분야에서 주목받고 있다.
예를 들면 기존 수술에 로봇시스템을 적용하게 되면 사람의 손과 기존의 수술도구만으로는 수행하기 어려운 다양한 의료 기술들을 구현할 수 있는 한편 고해상도의 내시경 및 다양한 영상처리 기능을 통해 다양한 각도에서 시술 부위영상 확보가 가능하다.
이러한 장점들 때문에 미래 의료 환경에서 의료용 로봇은 중요한 위치를 차지할 것으로 전망되고 있으며, 수술용 로봇 같은 경우에는 수술실에서 표준적인 장비로 이용될 수 있을 것으로 전망되고 있다.
현재는 수술 로봇을 이용하면 의료비가 더 비싸지만 궁극적으로는 로봇을 사용하면 수술 시간을 줄이면서 안정성을 높여 결과적으로는 의료비도 더 저렴해 질 수 있다.

 

2. 의료용 로봇의 종류별 동향


의료용 로봇에는 수술보조로봇, 수술 로봇수술, 시뮬레이터(Surgery Simulator), 재활로봇(Rehabilitation Robot) 등의 분야가 있다.


*수술로봇
수술로봇은 크게 수술을 보조하거나 영상 가이드 역할을 하는 보조로봇 타입과 의사를 대신하여 수술과정의 전체 혹은 일부를 수행하는 수술 로봇의 두 가지 유형으로 분류할 수 있다.
한편 기능 및 수술 부위에 따라 미세 수술용 원격수술 로봇, 최소 침습수술(MIS) 로봇, 관절 수술로봇 등으로 분류할 수도 있다.
수술보조 로봇은 수술실에서 집도의의 명령에 따라 수술을 보조하거나 영상 가이드 역할을 해주는 로봇이다. 이 로봇은 그 목적에 따라 내비게이션 보조 로봇(Navigation Aid Robot), 미세 자세조종 로봇(Precise Positioning Robot), 의사도우미 로봇(Surgeon Helper Robot)으로 분류될 수 있다.
대표적인 수술 보조로봇으로는 미국의 BrainLab社에서 개발한 Vector Vision과 캐나다의 ISG社에서 개발한 Viewing Wand가 있다.


최소 침습수술 로봇 시스템 일환으로 개발된 대표적인 로봇으로는 미국의 U.C버클리대의 수술 로봇시스템, Computer Motion사의 내시경 보조 로봇인 이솝(AESOP)과 복강경 수술 로봇인 제우스(ZEUS), 제우스보다 진보된 Intuitive Surgical의 다빈치(daVinch) 등이 있다.
관절 수술 로봇으로는 한국 (주)큐렉소(미국 Integrated Surgical System사 개발)의 로보닥(Robodoc), 독일의 Orto Maque사의 CASPAR, 영국의 Imperial College의 아크로보트(Acrobot) 등이 있으며, Vector Vision은 뇌와 척추의 생검(Biopsy) 수술과정에서 수술 도구가 바로 삽입되고 있는지 수술 중에 환자를 옮겨가며 CT나 MRI촬영을 해야 하는 어려움을 해결하기 위해 개발한 무선 영상보조 수술시스템(Wireless Image-Guided Surgery System)이다.


또한 Vector Vision은 MRI나 CT영상을 촬영한 후에 수술 전 계획(Preoperative Planning)을 세우고, 마이크로스코프(Microscope), 형광투시경(Fluoroscope)과 Exact Tract라는 위치가이드(Position Guidance) 시스템을 사용하여 무선으로 수술 중 영상을 통해 수술 보조를 받을 수 있게 하는데 세계적으로 100개 이상이 설치되어 있다.
수술로봇은 의사를 대신하여 수술과정의 전체 혹은 일부를 수행하는 로봇으로 최근 국내에서 알려져 있는 대표적인 수술로봇으로는 복강경 수술 로봇인 다빈치(daVinci)와 고관절 수술 로봇인 로보닥(Robodoc)이 있다.
Intuitive Surgical사의 다빈치는 수술 로봇으로 각종 암수술에 적용되며 개복수술이나 복강경 수술보다 수술 시간이 짧고 수술 회복 기간이 줄어드는 효과가 있으며 무엇보다 후유증 감소 효과가 탁월한 것으로 알려져 있다.
다빈치 시스템의 제어 콘솔 내부에 있는 비디오 스크린은 환자 신체 내부에 대한 확대된 고해상도의 3차원 이미지를 제공하며 총 4개의 로봇 팔이 다빈치 로봇 시스템에 장착되어 하나의 로봇팔은 복강경을 구비하고 있으며, 다른 3개의 로봇 팔은 절단 도구와 수술용 핀셋이 설치되어 있다.


의사는 제어 콘솔의 노브(Knob)를 잡고 조작하며, 이러한 의사의 손동작은 전자적으로 수술 도구의 움직임으로 변환해 인간 손 기술의 한계를 뛰어넘어 미소한 절단이나 봉합을 가능하게 하는 특징이 있다.
다빈치 로봇은 1997년 벨기에서 처음으로 환자에게 적용된 이래 국내에서는 2005년 7월 연세대학교신촌 세브란스 병원에서 최초로 도입되었다.
2005년 7월 15일 국내 최초로 다빈치를 이용한 로봇 수술이 이루어졌으며 국내에서 수술사례는 계속적으로 증가하여 2008년 1월 말 현재 750건이 넘는 수술이 이루어진 것으로 알려져 있고 전립선암, 위암, 대장암, 부인암, 식도암, 갑상선암, 간암 등 대부분의 암수술에 적용되고 있다.

 

휴대용 수술로봇

* 자료 : Design of a novel wearable laparoscope manipulator : SMART(Synthetic Muscle Actuator based Robotic Technology) Kazuhiro Taniguchi

다빈치 로봇은 장점에도 불구하고 가격이 25억 정도의 고가이기 때문에 영세한 의료기관에서 도입하기에는 무리가 따르고 있으나 국내 대형 병원들은 다빈치의 성공적인 수술사례를 통해 다빈치 로봇을 도입하고 있다.
2008년 1월 현재 신촌 세브란스 병원은 이미 3대를 도입했고 영동 세브란스 병원, 고려대 안암병원, 서울아산병원, 한림대 강남병원, 분당서울대병원, 삼성서울병원, 경북대병원, 동아대병원 등 9개 의료기관에 도입되어 있다.
Curexo의 로보닥은 인공관절이 삽입될 환자의 뼈를 가공해서 수술하는 로봇으로 정밀성 및 최소 절개기술을 결합시킨 특징이 있다.

최근 로보닥의 특허권을 Curexo가 확보하였으며 현대중공업, 삼성서울병원과 연구공동체 추진협약을 체결하여 핵심 부품기술의 국산화 작업에 착수하고 있다.


미국에서 개발된 로보닥은 인공관절이 삽입될 환자의 뼈를 로봇으로 가공해서 수술 성공률을 획기적으로 높였고 로보닥은 한국과 EU의 판매승인을 획득했고 결국 인공관절수술에서 많이 사용되고 있다.
세계적으로 8000회 이상의 수술이 로보닥을 이용하여 성공적으로 수행되었으며, 2001년 FDA의 승인을 받기도 하였다. 로보닥의 가격은 17억 원이며, 3차원 영상까지 구현하기 위해서는 10억원 상당의 멀티 CT까지 도입해야 하는 것으로 알려져 있다.
한편 수술용 로봇은 원거리에서 실시하는 로봇 원격 수술6)을 중심으로 진보하고 있으며 다양한 분야에서 수술로봇이 상용화되고 있다.
Navigation systems for neurosurgery, orthopedics & maxillofacial surgery 부문의 상용화된 로봇에는 Stealth Station(Medtronik), Vector Vision(BrainLab), Surgetics(Praxim), Navigation System(Stryker), Ortho Pilot(Aesculap), Galileo(PISystems), InstaTrack(GEMS), Acustar(Z-Cat) 등이 있다.


신시내티에 소재한 외과수술 혁신센터(CSI; Center for Surgical Innovation)의 의료부문 책임자인 의학박사 티모시 브로데릭(Timothy Broderick)은 HAPsMRT(High Altitude Platforms for Mobile Robotic Telesurgery : 이동로봇 원격 수술을 위한 고고도 플랫폼)라고 불리는 이동 원격 수술을 위한 통신 플랫폼 시제품에 대한 최초의 시험을 진행하고 있다.
최근에는 휴대가 가능한 수술용 로봇이 KAIST, CMU, TIMC 등에서 개발되고 있다. 크기가 작기 때문에 Mi ni mal obst r ucti on이 가능하며 상대적으로 저전력을 사용하며 안전한 장점이 있는 것으로 알려져 있다.


*수술 시뮬레이터

 


수술로봇 이외에 의사의 수술에 관한 숙련도를 높이기 위한 의료용 시뮬레이터가 활발하게 연구되고 있다. 특히 근래에 들어 컴퓨터 프로세서의 성능이 좋아지면서 MRI나 CT 영상 등을 활용한 의료용 수술 시뮬레이터 개발이 가속화되고 있다.
의사 수술에 관한 숙련도를 높이기 위하여 가상의 그래픽 환자 모델과 햅틱 장치 등을 이용하여 수술을 연습할 수 있게 하는 의료용 시뮬레이터가 활발하게 연구되고 있다.
컴퓨터 그래픽 기술과 햅틱 장치의 개발단계에 따라 수술 시뮬레이터는 순수 그래픽, 힘 반향 시뮬레이터, 네트워크 기반 수술 시뮬레이터의 단계로 발전되고 있다.
미국 Georgia Tech의 안구 수술시뮬레이터, 미국 Boston Dynamics사의 개복수술 시뮬레이터, Mitsubishi Electric Research Lab의 무릎관절 내시경 시뮬레이터 등이 있다.


대표적인 수술 시뮬레이터로는 독일 Forschungszentrum Karlsruhe의 내시경 수술 시뮬레이터, 미국 Georgia Tech.의 안구수술 시뮬레이터, 미국 보스턴 다이나믹스社의 개복수술 시뮬레이터, Mitsubishi Electric Research Lab.의 무릎관절 내시경 시뮬레이터, 영국 맨체스터 대학의 웹기반 시뮬레이터가 있다.
Mitsubishi Electric Research Lab.의 무릎관절 내시경 시뮬레이터는 MRI를 볼륨 렌더링하였으며 SensAble사의 PHANToM을 사용하여 힘 반향을 구현하였다.
최근 수술에서의 정밀한 수술을 확보하기 위해서 국내외적으로 항법 컴퓨터 단충 촬영정보 및 카메라 영상정보를 이용하여 상호 정합기술을 사용한 시스템이 활발히 연구개발 중이다 U.C 버클리에서는 VESTA 시스템 개발로 상호 작용적인 힘 반양 모의 수술용 훈련 시스템을 개발하였다.

 

*재활로봇
재활로봇(Rehabilitation Robot)은 노인과 장애인의 재활치료와 일상생활을 도와 주는 로봇 시스템으로 특히 장애인의 독립적인 활동을 보장하고 삶의 질을 높이기 위해 유럽 등의 선진국을 중심으로 재활 로봇이 연구되어 왔다.
재활 로봇은 단순한 신체를 지지해 주는 역할을 벗어나 중증 환자나 노인의 신체 움직임을 향상시키고 빠른 시일 내에 회복하도록 주요 기능을 수행하고 장애인의 장애를 극복하여 독립적인 생활을 가능하게 할 수 있는 특정 기능의 로봇을 의미한다.
삶의 질 향상과 고령화를 대비하는 복리증진 관점에서 향후 시장이 성장하는 분야로서 로봇기술을 이용하여 장애인의 독립적인 활동과 운동을 보조하는 로봇들이 개발되고 있다.


Exact Dynamics에서 개발된 MANUS와 이탈리아에서 개발된 MOVAID가 대표적인 재활 로봇 시스템이다. 또 미국에서는 MIT를 중심으로 HAL, 로봇 신경 재활(Robot-Aided Neuro-Rehabilitation) 등의 시스템이 연구되어 왔다.
KAIST에서 연구되고 있는 휠체어 로봇 시스템이 대중적으로 알려져 있으며 인간의 팔이나 다리의 움직임을 감지하여 구동기가 장착된 로봇 팔이나 다리에 신호를 보내 움직임을 보조하는 보행 보조 로봇과 힘을 증폭시키거나 근력을 키우는데 사용되는 보행 재활 로봇 개발이 한창이다.
KAIST의 휠체어 로봇 시스템과 보행 보조 로봇 등이 연구되고 있으며, 특히 MANUS는 상체를 사용할 수 없는 장애인을 개발된 휠체어에 로봇이 부착된 시스템으로 손으로 조이스틱을 조종하여 동작하며 , 손이 불편한 경우 턱으로 조이스틱 형태의 조종기를 사용하고 있다.

 

*헬스케어 로봇 및 마이크로로봇
헬스케어 로봇은 능동적이면서 효율적인 건강관리 및 질병 예방을 가능케 하며 후유증을 최소화 하는 안전한 의료 절차를 제공하는 로봇이다.
국내의 경우 지능형 로봇 전문기업인 유진로봇과 헬스케어 전문기업 에버케어도 지난 7월 헬스케어로봇 개발 사업협력을 체결하여 유진로봇이 개발한 지능형 로봇 ‘아이로비’에 에버케어의 헬스케어 서비스기능이 탑재된 헬스케어 로봇을 상용화하여 국내의 의료기관 및 홈 네트워크와 연동한 빌트인 시장에 진출한 후 해외 시장 진출을 검토할 계획에 있다고 한다.
마이크로 로봇은 마이크로 기술이 발전함에 따라 이를 의료로봇에 접목한 로봇으로 일부 마이크로 로봇 제품은 이미 시장을 형성하고 있다.
캡슐내시경 로봇은 대표적인 마이크로 로봇의 하나로 기존의 내시경 시술이 주는 불편함을 해소하기 위한 방안으로 피시술자가 알약 크기의 캡슐 내시경을 삼켰을 때 카메라가 소화기관을 촬영하는 방식에 자체적인 능동 이동 기능을 더한 획기적인 의료기기로 평가 받고 있다.
이외에도 만성 혈관질환 치료의 새로운 대안으로 환자 몸 밖에서 마이크로 로봇의 이동을 제어하고 유선 전력 공급방식을 사용해 시술의 정확도를 높이는 혈관치료로봇도 개발 중에 있는 것으로 알려져 있다.

 

3. 수술용 로봇의 업계동향


일본 총무성은 2000년에 약 6,600억 엔의 로봇 시장이 2010년 약 3조엔, 2025년에는 8조 엔으로까지 성장 전망(일본 내수 및 수출 기준)하고 특히, 2025년 약 8조 엔의 로봇시장 중 ‘생활분야’가 가장 큰 비중을 차지할 것으로 예측하고 있다.
분야별로는 제조업용 로봇은 2016년 이후에는 전문서비스 로봇은 약 20%, 개인서비스 로봇은 약 40%, 제조업용 로봇은 약 40% 정도의 비중을 차지할 것으로 전망하고 있다.
제조업용 로봇은 시장안전화 단계로써 급격한 시장 변화는 어려우며, 신규 생산설비 및 기존 설비에 따른 수요가 대부분 차지하고 있다.

개인서비스용 로봇은 가족구조의 핵가족화와 고령화 현상으로 인한 가족인원으로서의 가정용 로봇에 대한 수요가 증가 추세에 있고 전문서비스용 로봇은 생산국과 생산기업이 극히 제한되어 있으며 , 제품가격의 고가로 인해 시장형성에 있어서 생산국과 수요국이 불일치하고 있는 실정이다.


일반적으로 의료용 로봇시장의 성장은 의료용 로봇기술 개발 산업의 성장과 밀접한 관계가 있는 것으로 알려져 있다. 의료용 로봇개발 하드웨어 분야에서는 일본이 경쟁력이 가장 높으며, 소프트웨어 분야에서는 미국이 앞서나가고 있으며 독일은 모든 분야에서 동시에 상당한 연구 개발 능력을 보유하고 있다.
따라서 앞으로는 이들 세 나라가 의료용 로봇 시장의 핵심 주자로 나설 것으로 예상되고 있다.
일반적으로 의료용 로봇의 범주는 매우 넓은 편인데 , 의료용 로봇은 의료산업 전반에 이용되는 로봇을 통칭하는 것으로 의약품이나 의료기기 생산용 로봇이나 병원에서 사용되는 서비스 로봇까지도 포함되지만 일반적으로 인식하고 있는 것은 부가가치가 높은 수술용 로봇이다.


국내에서는 수술용 로봇은 크게 사이버나이프(Cyberknife), 다빈치(DaVinci), 로보닥(Robodoc) 세 가지가 대표적인 수술용 로봇으로 인식되고 있다.
미국 수술로봇 시장은 연 10%이상 성장하고 있으며 수술로봇 평균 가격은 140만 달러라고 하며 또 다른 보고서에는 수술 로봇 시장은 연 43%이상 증가 중이며, 2011년에는 수술로봇 관련 시장이 6조원에 달할 것이라는 분석을 내 놓고 있다.


현재 세계적으로 의료용 로봇의 대명사라고 할 수 있는 다빈치 수술 로봇 시스템은 1999년부터 보급되기 시작해 2008년까지 세계적으로 940여대가 판매되었다. 이중 대부분인 870여대는 미국 및 유럽의 병원에 설치되어 있으며 아시아에 약 48여대가 보급되어 있으며, 일본에 6대가 도입되어 있고 중국은 11대 그리고 우리나라에 20대가 있다.
국내에 수술용 로봇이 처음 도입된 것은 2005년 서울 신촌 세브란스 병원으로 그해 7월 15일 국내 첫 로봇 수술이 수행되었으며 , 이후 2007년부터 국내 여러 대학병원 및 의료기관들이 수술 로봇 시스템을 도입하고 아시아에선 두 번째로 로봇 수술 트레이닝 센터가 국내에 개장되었다.
현재 국내에서 판매되고 사용되고 있는 수술용 로봇으로는 복강경 수술을 위한 다빈치 로봇 시스템과 관절수술에서 특화된 로봇인 로보닥 시스템이 있다.
각각의 의료용 로봇이 적용되는 수술 분야는 서로 다르지만 각 분야에서 시술건수는 지속적으로 증가하고 있는 상황이다.


국내 의사들은 수술기법이 뛰어나고 새로운 장비에 쉽게 익숙해지는 편이라 다른 나라에 비해 수술로봇의 도입 속도 및 활용이 빠른 편으로 보인다. 현재 상용화된 사이버나이프, 다빈치, 로보닥 등의 수술로봇들의 도입대수 및 시술 건수가 일본이나 중국, 호주 등 타 아시아 국가에 비해서도 많은 편으로 조사되고 있다.
한편, 수술 로봇 주도국인 미국에서는 수술 로봇을 벤처 형태로 최초 개발한 후 가능성이 입증되면 큰 자본을 투자받아 이후 임상 및 상업화를 진행하는 것으로 알려져 있다. 일례로 Makoplasy의 경우 지난 2월 기업 공개를 통해 1000만 달러를 모집한 후 현재 매년 80억 가량의 연구개발비 및 100억 원 이상의 마케팅 비용을 지출 중에 있다.
또한 실제로 신기술 의료기기인 새로운 수술 로봇 개발에서 최초 시제품 개발에 10의 자본과 비용이 투입된다고 하면 이후 개발된 로봇의 개선(튜닝) 및 임상시험, 인허가에 100의 자본과 비용이 투입돼야 하는 것으로 알려져 있다.
향후에는 수술 로봇도 가격 경쟁 체제로 접어들어 더 싸고 효율적으로 만드는 기술로 경쟁할 것이라고 전망되고 있다. 따라서 수술로봇에 이용되는 표준 부품(로봇암, 카메라 및 인식 시스템, 로봇용 수술기구 등)이 등장해 모듈화되고 이러한 표준부품생산 산업이 크게 일어날 것으로 보인다. 


 * 자료 : 산업은행 조용호(kaji@kdb.co.kr)


 

한은주 기자
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