대구시는 2015년도에 정부(산업통상자원부) 산업핵심기술개발사업으로 선정되어 추진 중인 「심근경색 중 만성완전폐색병변 치료용 마이크로 의료로봇 시스템」원천기술개발사업이 마무리 단계에 이르러 마이크로 의료로봇이 환자의 몸속에서 수술하는 개인맞춤형 정밀의료시대가 성큼 다가오고 있다고 밝혔다.

심장내과 전문의 A씨는 심장통증을 호소하는 환자 B씨의 심장 MRI 영상을 보면서 연신 혀를 차며 곤란한 표정을 짓고 있다. 환자 B씨에게 내려진 진단명은 심장 혈관이 혈전*에 의해 대부분 막혀있는 만성완전폐색병변(CTO, Chronic Total Occlusion). 문제는 혈관이 막혀있는 장소가 심장 깊숙한 곳이어서 기존의 카테터** 기반 CTO 개통시술로는 치료가 힘들다는 점이다.

* 혈전(血栓, 혈관속에 피가 굳어진 덩어리)

** 카테터(catheter, 수술 혹은 시술시 인체에 삽입하여 수술용 기구의 병변 도달을 용이하게 하는 의료용 도구)

앞으로 심장내과 전문의 A씨의 근심이 상당부분 해소될 수 있게 되었다. 대구시와 산업통상자원부의 지원을 받아서 대구경북과학기술원(DGIST)이 개발하고 있는 「심근경색 중 만성완전폐색병변 치료용 마이크로 의료로봇* 시스템」원천기술개발사업이 완성 단계에 이르렀고 이에 따른 사업화가 멀지 않았기 때문이다.

* 마이크로 의료로봇 : 나노미터(nm: 10-9)부터 밀리미터(nm: 10-3) 사이의 크기를 가지며, 신체 내의 질병 부위에만 정확하게 치료할 수 있는 의료용 미세 로봇

본 사업이 치료하고자 하는 만성완전폐색병변은 혈관이 완전히 막힌 지 한 달 이상 경과한 심장질환으로 기존의 약물치료는 막힌 곳을 개통하거나 혈전을 녹여 제거하는데 한계를 가지고 있다.

또한 가이드 와이어(일반철선)을 삽입 후 이것을 따라 카테터를 삽입해 혈관을 확장하거나 병변을 제거하는 일반적인 카테터 기반 CTO 개통시술도 심장이나 혈관에 천공(구멍)이나 출혈이 발생할 수도 있고 병변의 모양이나 혈관의 형태 등에 따라 시술 성공 편차가 심하며, 시술 중 조영제*를 투입하여 2차원 X-선 영상을 참고하면서 시술하기 때문에 시술시간에 비례하여 조영제 및 방사선 피폭량이 증가하고 관련 합병증 유발 가능성 등의 문제점을 가지고 있었다.

* 조영제(造影劑) : 자기공명영상(MRI)촬영이나 컴퓨터단층(CT)촬영 같은 검사때 조직이나 혈관을 잘 볼 수 있도록 영상의 대조도를 크게 해주는 약품

이러한 기존의 심장혈관 내 만성완전폐색병변 치료법의 한계점을 극복하고 시술 효율성을 높이기 위해 본 연구개발에서는 체외에서 무선으로 자기장에 의해 제어되며, 조향성(steering, 방향제어)과 터널링(tunneling, 혈전개통)이 개선된 고추진력 마이크로 의료로봇을 개발해 만성완전폐색병변의 시술 성공률을 80% 이상 향상시키는 것을 목표로 하고 있다.

마이크로 로봇의 경우 ‘독립형’과 가이드 와이어나 카테터 끝에 부착되어 움직이는 ‘구속형’이 있는데 독립형 마이크로 로봇의 경우 세포나 약물을 로봇의 외부에 부착할 수 있는 생체지지체형 마이크로로봇, 세포나 약물을 봉인하여 정확한 양을 전달할 수 있는 캡슐형 마이크로로봇, 막힌 병변을 확장하는데 사용될 수 있는 Magnetic drilling actuator(MDA) 로봇이 이미 개발을 완료하였다. 구속형 로봇의 경우도 복잡한 혈관 및 분지관(分枝管, 혈관이 갈라지는 부분)에서 조향성과 터널링이 개선된 고추진력 로봇을 개발하였다.

또한, 체외에서 체내의 마이크로 로봇을 조정할 수 있는 자기장 제어시스템과 이에 부속된 자기장 입력전류제어 알고리즘 및 마이크로 로봇 정밀 구동기법 및 제어기술 그리고 병변부까지 마이크로 로봇을 안전하고 정확하게 접근시킬 수 있으며 병변부를 정확히 진단하기 위한 증강현실 내비게이션 기술을 기반으로 한 3D 영상기술개발이 완료된 상태로써 앞으로 마이크로 의료 로봇 시스템의 효과 검증을 위한 동물실험만을 남겨 두고 있다.

본 사업은 국비 109억 원, 시비 12억 원, 민간 투자금 21억 원의 예산이 투입되며 대구경북과학기술원의 주관 하에 스위스 취리히 연방공대(ETH), 포항공대, 한양대, 서강대, 서울대, 한구과학기술연구원(KIST), 가톨릭대성모병원, 분당서울대병원, DK 메디컬(주), 그리고 대구 의료R&D 특구 입주기업이며 지역 강소기업인 (주)금룡테크가 참여하고 있다.

사업을 주관하고 있는 대구경북과학기술원 마이크로로봇 연구센터장 최홍수 교수는 “심장질환은 우리나라에서 암에 이어 두 번째로 높은 사망원인*으로 밝혀졌으며, 특히 대구는 경남과 함께 가장 높은 심장질환 사망률**을 보이고 있다. 이제 마이크로 의료로봇에 의한 심장치료가 가능할 경우 고통없는 진단 및 치료가 이뤄짐은 물론 심장질환 사망률을 낮추는데도 큰 도움을 줄 것”이라고 말했다.

* 암 153.0명, 심장질환 58.2명, 뇌혈관질환 45.8명 (단위: 인구 10만 명당 명)

** 대구 45.2명, 경남 45.3명, 서울 28.2명 (단위: 인구 10만 명당 명)

(출처 : ‘17. 9. 21 통계청 보도자료「2016년 사망원인 통계」)

대구시 최운백 미래산업추진본부장은 “현재 전세계 의료용 로봇시장은 37억 달러에 이르며 연평균 17%의 성장을 기록하는 고부가가치 황금시장이다. 이번 사업을 통해 마이크로 의료로봇, 자기장 제어시스템, 마이크로 의료로봇을 위한 2, 3차원 복합의료영상 기술, 로봇 원격제어 등에 대한 기술개발이 이루어지면 우리 대구가 의료로봇 연구의 메카로 자리매김할 뿐만 아니라, 지역경제 활성화와 일자리 창출에도 크게 기여하게 될 것”이라며 기대감을 감추지 않았다.