초미세 수술에 도전하는 수술 기구



 최근래의 의학 기술의 진보로 이전에는 상상할 수도 없었던 미세 구조 - 예를 들어 안과 영역이나 미세 신경등 - 에 대한 미세 수술 (microsurgery) 이 가능한 시대가 되었습니다. 현미경을 이용해서 1 mm 안되는 작은 구조에 대한 수술을 진행하게 된 것은 놀라운 진보이긴 하지만 지금도 최전선에 선 연구자들은 이보다 더 미세한 수술을 가능하게 만드는 연구를 진행중에 있습니다. 

 존스 홉킨스 공과 대학과 의과 대학 (Johns Hopkins University Whiting School of Engineering and Johns Hopkins School of Medicine in Baltimore, Md. ) 의 연구자들은 합동으로 이 어려운 과제를 달성하게 만들 새로운 수술 도구를 개발했습니다. 

 이들이 개발한 것은 SMART (Smart Micromanipulation Aided Robotic-surgical Tool ) 이라는 기기로 이를 통해 인간의 손이 어쩔 수 없이 가지고 있는 미세한 떨림을 극복하는 것이 목표라고 할 수 있습니다. 아무리 숙련된 외과의사라고 해도 일반적으로 인간의 손은 1초 에 수회 정도 50  - 100 micron 정도 떨리게 되어 있습니다. 이는 사실 인간의 눈으로 봐서는 식별하기도 어려운 아주 미세한 떨림이지만 초 미세 수술이 필요한 특수 영역에서는 문제가 될 수 있는 크기입니다. 

 SMART 는  Optical Coherence Tomography (OCT) 이라는 이미지 기술과 함께 사용되며 수술 도구의 끝 부분이 광섬유 센서와 압전 모터 (piezoelectric motors ) 에 의해 미세하게 조정되어 정확히 의도한 부분만 절개할 수 있는 새로운 도구라고 할 수 있습니다. 로봇 처럼 고정된 것이 아니라 외과의 (이 경우는 안과 의사) 가 손으로 조작할 할 수 있습니다. 이 기기는 최대 10 micron 이라는 초미세 영역의 정밀도가 가능하다고 합니다.   

(SMART 의 CAD 사진과 (위) 실제 사진(아래). 바늘 같은 끝 부분이 수술 도구이고 나머지는 위치를 미세하게 조정해 주는 센서와 압전 모터 The CAD model and prototype of the fiber-optic-sensor-based microsurgical tool, SMART. (Credit: Courtesy Cheol Song, Johns Hopkins University.) ) 

 광섬유 센서와 압전 모터, OCT 는 함께 작용하여 외과의사의 손의 떨림을 보정해 이런 초미세 흔들림을 잡아주는 역할을 합니다. 그 정밀도는 최대 500 헤르츠 정도의 진동을 잡을 수 있는데 인간의 미세한 손떨림이 15 헤르츠 이하임을 생각하면 놀라운 수준이라고 할 수 있습니다. 카메라에 사용되는 광학식 손떨림 방지 기능이 연상되는 이 기능은 인간이 가질 수 밖에 없는 손의 미세한 떨림을 보정합니다. 

 향후 이와 같은 수술 도구가 계속해서 개발된다면 다른 영역에서도 응용될 날이 있을 것으로 생각됩니다. 이 연구는 안과 학회 저널인 Optics Express 에 실렸습니다. 

http://www.osa.org/en-us/about_osa/newsroom/newsreleases/2012/cyborg_surgeon_hand_and_technology_combine_in_new/

http://www.sciencedaily.com/releases/2012/09/120927130243.htm

Journal Reference:

1. Cheol Song, Peter L. Gehlbach, and Jin U. Kang. Active tremor cancellation by a “Smart” handheld vitreoretinal microsurgical tool using swept source optical coherence tomography. Optics Express, Vol. 20, Issue 21, pp. 23414-23421 DOI: 10.1364/OE.20.023414