로봇보조수술(RAS) 시스템의 발전으로 외과 의사는 부피가 크고 번거로운 외부 플랫폼과 도크가 필요없이 소형 로봇을 통해 복강 사분면 전체에 접근할 수 있게 됐다.

 

RAS 시스템 설계는 작은 절개창을 통해 수술을 수행하는 것을 목표로 계속해서 발전하고 있다. 이는 외과 의사가 로봇팔과 카메라를 정밀하게 제어할 수 있는 기능을 통해 이루어진다. RAS의 목표는 최소 침습적 로봇 수술을 수행함으로써 환자에게 통증 감소 및 입원 기간 단축과 같은 이점을 제공할 수 있도록 돕는 것이다. 

 

RAS에 대한 수요가 계속 증가함에 따라 의료기관들은 자사의 RAS 프로그램 확장을 가속화하기 위한 방안을 모색하고 있다. 미국 네바다주에 위치한 버추얼 인시전(Virtual Incision)은 글로벌 모터 제작 기업인 맥슨과의 협업을 통해 어떤 수술실에서도  손쉬운 운반 및 설치가 가능하도록 소형화된 로봇보조수술 시스템인 MIRA를 개발했다.

 

맥슨과의 협업을 통해 개발된 버추얼 인시전의 소형 로봇수술보조 시스템 'MIRA' / 사진. 맥슨

 

이 시스템은 로봇팔을 완벽하게 제어하고 내시경을 이용해 해부학적 구조를 실시간으로 볼 수 있는 서전 콘솔인 MIRA와 장비를 쉽게 운반할 수 있는 컴패니언 카트로 구성되며 설치 또한 간편하다. MIRA의 목표는 현재 RAS 시스템을 이용할 수 없는 90%의 수술실이 이 시스템을 이용해 더 많은 환자를 치료할 수 있도록 돕는 것이다.

 

MIRA의 설계 단계에서 버추얼 인시전은 장절제술과 같은 고난도 수술을 수행할 수 있는 강도를 유지하면서 작고 휴대 가능하며 사용이 쉬운 제품을 만드는 것이 핵심 과제임을 확인했고, 이 기기는 의료장비 조사 면제(IDE) 연구에서 성공적으로 사용돼 FDA 시판 허가를 받았으며 올해 초 대장암 수술에서 상업적 사용 승인을 받았다. 또한 버추얼 인시전은 수술 후 쉽게 세척하고 멸균할 수 있는 방식으로 기기를 설계했는데, 이로 인해 기존 대부분의 시스템에 요구되는 드레이핑이 필요하지 않다. 드레이핑을 실시하면 수술 사이의 시간이 늘어나므로 결과적으로 치료할 수 있는 환자 수가 줄어든다.

 

MIRA는 설치 공간이 크고 휴대성이 떨어지는 붐 또는 페데스탈 기반 시스템(메인프레임)과 차별화된다. 넓은 공간의 수술실에서만 사용이 가능하며, 설치가 번거롭고 수술을 보조하는 사람들의 시야와 움직임을 차단해 수술실의 워크플로를 방해할 수 있다. 

 

맥슨은 다양한 모션 시스템에서 사용되는 모터, 기어 및 액세서리를 설계 및 생산하고 있다. / 사진. 맥슨

 

 

버추얼 인시전은 MIRA의 설계 과정에서 맥슨과 협력해 최초로 통합된 관절형 카메라를 RAS 시스템에 적용하기로 결정했다. RAS 시스템은 높은 속도와 토크로 인해 요구 사항이 까다롭다. 맥슨은 완벽한 모터 제품 라인업과 세계적으로 인정받는 전문성을 바탕으로 버추얼 인시전의 설계 프로세스를 지원할 수 있었다. MIRA 시스템을 구성하는 하위 어셈블리의 신뢰성과 일관성은 테스트 및 검증 활동을 통해 보장되며 맥슨은 MIRA의 개발 과정에서 많은 도움을 제공했다. 또한 버추얼 인시전은 소형화 및 기기 성능 특성을 최적화하기 위한 모든 하드웨어, 펌웨어 및 소프트웨어를 자체 개발했다. 이를 통해 시스템의 효율성을 높이고 각 조인트의 출력 전력을 극대화할 수 있었다. 이러한 설계 덕분에 MIRA는 1kg 미만의 작은 크기에서 매우 강력한 성능을 발휘하는 동시에 어디에서나 속도와 민첩성을 유지할 수 있다.

 

메인프레임형 RAS 시스템은 본체 외부에 위치한 모터를 붐이나 페데스탈 위에 배치해 기기에 충분한 강도를 부여한다. 반면에 MIRA는 맥슨의 모터를 본체 내부에 배치해 작은 크기로도 충분한 강도를 발휘한다. 내부에 모터가 장착된 견고한 로봇팔은 필요한 강도를 제공하는 동시에 카메라와 기구의 삼각 측량이 가능하다. 이 기기는 임상에서 장절제술에 사용돼 왔으며, RAS 기기의 모터가 인체 내에서 실제로 작동한 것은 이번이 처음이다.

 

맥슨의 모터가 내장돼 있는 MIRA의 로봇팔 / 사진. 맥슨

 

수술에는 힘과 속도가 모두 요구된다. 고효율, 최고급 모터를 사용하는 MIRA는 대장과 같이 크고 무거운 장기를 조작할 수 있도록 특별히 설계되었다. RAS가 필요할 때 빠르게 반응하기 위해서는 외과 의사의 동작을 실시간으로 모방할 수 있어야 한다.

 

대장 수술에서는 강력한 강도가 요구될 뿐만 아니라 RAS 시스템이 복부의 여러 사분면, 때로는 모든 사분면에 도달해야 하는 경우가 많다. 멀티 포트 메인프레임 시스템은 외부 로봇팔의 충돌을 방지하기 위해 신중한 포트 배치와 동작 설계를 필요로 한다. 반면에 MIRA는 소형화된 독립형 설계 덕분에 외부 로봇팔 충돌의 위험 없이 완전한 해부학적 접근이 가능하다. 또한 관절형 카메라 설계가 모든 수술 시나리오에서 기구와 카메라 간의 적절한 삼각 측량을 보장한다.

 

맥슨은 파트너로서 전문적인 기술 지식을 제공했을 뿐만 아니라 혁신을 위한 버추얼 인시전의 다양한 시도에 기꺼이 동참했다. 이를 통해 버추얼 인시전은 혁신에 대한 가장 효과적이고 생산적인 접근 방식은 다름 아닌 실행이라는 신념 아래 개발과 충분한 테스트를 수행한 후, 경험에서 배운 모든 것을 반영하여 제품을 설계한다. 버추얼 인시전은 이러한 ‘제작 및 개선’ 접근 방식을 통해 최소한의 시간 내에 반복 작업을 구현할 수 있었고, 이번 사례에서도 더 소형화된 RAS 기기를 개발하는 등 기술의 한계를 뛰어넘었다.

 

그 결실로, 소형화된 로봇보조수술 시스템인 MIRA가 탄생했다. MIRA는 작지만 강력한 힘을 제공하며, 어떤 수술실에서도 빠르게 설치할 수 있다. 심지어 우주 공간에서도 설치가 가능다. 실제로 2024년에 국제우주정거장에서 진행된 MIRA 테스트에서는 지상의 외과의들이 콘솔로 기기를 원격 제어해 시뮬레이션된 조직을 절개하고 작은 물체를 조작하는 등 수술 중 수행되는 활동을 성공적으로 시뮬레이션 한 바 있다.