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1. 개요
의료 로봇은 진단, 수술, 재활 등 다양한 의료 분야에서 사용되는 로봇 기술을 말한다.
이들 로봇은 의사의 작업을 보조하거나, 환자의 치료를 지원하는 데 도움을 주며, 정확성 및 효율성을 높이는 데 기여한다.
예를 들어, 다빈치 수술 로봇은 최소 침습 수술을 가능하게 하여 회복 시간을 단축시키는 데 도움을 준다.
또한, 재활 로봇은 환자가 운동 기능을 회복하도록 돕는다.
그러나 높은 비용과 기술 의존성 등의 단점도 존재하여, 이를 해결하기 위한 연구와 개발이 계속되고 있다.
전체적으로 의료 로봇은 현대 의학의 혁신을 이끌고 있는 중요한 요소로 자리잡고 있다.
첨단 기술이 발전함에 따라, 앞으로 더 많은 분야에서 로봇이 활용될 가능성이 높다.
2. 관련 문서
로봇재활 로봇
다빈치(수술용 로봇)
3. 발전 과정
중국 한나라의 화타는 마비산 (麻沸散)이라는 약물을 쓰는 전신마취법을 창안하여 다양한 절제수술을 성공적으로 마쳤다고 전해진다.17세기에 발명된 현미경은 병원체를 과학적으로 탐구할 길을 열어주었다.
19세기 후반 코흐 (Robert Koch) , 파스퇴르 (Louis Pasteur) 등의 연구에 힘입어 세균에 대한 이해도가 높아졌다.
20세기 이후 의사의 역할은 새로운 기술(항생제, 영상검사, 줄기세포 등)의 도입으로 지속적으로 변화하였다.
4차 산업혁명을 바탕으로 의료기기의 발전이 급성장 하였다.
4차산업혁명에 따른 의료기기발전 기술 영역은 크게 3가지로 나누어 볼 수 있다.
첫번째 발전 기술영역은 ICT를 기반으로 한 스마트 헬스케어 기술이다. 모바일 기반 IT기기와의 접목을 통해 시간과 장소에 제약 없이 개인의 건강상태를 관리하고 맞춤형 의료를 시행하는 시스템기술로써 새로운 진료패러다임을 만들 것으로 보인다.
기존의 치료 방식이 사후 치료방식이었다면, ICT기반 스마트 헬스케어를 통해 무선 통신을 이용하여 환자의 상태를 지속적으로 모니터링하고 개인 맞춤형 의료서비스를 제공하는 형태로 진화하게 될 것으로 보인다. 다양한 웨어러블 센서들을 이용해 생체정보, 생활 패턴 등이 수집되고 더해 유전체, 가족력에 관한 정보가 통합된 빅데이터를 기반으로 한 인공지능을 활용해 개개인에게 맞춤화된 의료 서비스가 제공될 것으로 예상된다.
두번째 영역은, 의료용 로봇기술이다. 로봇 공학의 발전, 의학과 로봇 기술과의 융합으로 의료현장에서 정밀하고 세밀한 치료 및 수술에 활용되고 있으며 신체 결손환자의 기능 회복을 위한 재활 로봇 등이 활용 되고 있다. 미래에는 캡슐내시경을 넘어 마이크로사이즈의 치료 로봇과 무인화 의료 로봇 시스템으로 발전할 것으로 예측된다.
로봇공학의 발달로 의료현장에서도 로봇에 관한 다양한 연구와 제품들이 개발/출시되고 있는데, 로봇의 주요 기술로 로봇의 메카닉적인 부분을 다루는 로봇 메커니즘 설계 기술, 의사가 로봇을 제어할 수 있도록 하는 제어 및 운용기술, 생체와 유사한 재질을 만들수 있는 기술과 실제 수술실과 동일한 환경조건을 만드는 기술, 시뮬레이션 기술, 수술과 관련된 로봇기술, 진단과 관련된 영상 및 환자와 수술 도구의 위치를 실시간추적 가능한 의료용 내비게이션기술, 재활 의료 로봇 기술 등의 다양한 기술이 사용되고 있다.
현재 로봇은 환자 개인에 맞는 맞춤형 재활치료를 제공하여 회복속도를 증가시키고 있으며, 외골격로봇의 경우 신체적 결손이 있는 장애인들이 움직일 수 있도록 하고있다.
또한, 수술자가 원격으로 정밀한 부위 수술을 진행할 수 있도록 도와주는 로봇, 자율 수술 로봇(STARSmart Tissue Autonomous Robot)의 무인 수술 시스템, 캡슐 내시경과 같이 혈관 속에서 직접 진단 및 치료를 진행하는 마이크로 로봇과 암과 같은 병원성 조직을 위치 추적 및 치료할 수 있는 박테리아 기반을 이용한 다양한 극소형 로봇들이 현재 개발 중에 있다.
세번째로는, 바이오 3D Printing 기술이다. 3D printing 기술은 다양한 생체적합성 소재를 활용하여 환자에게 필요한 조직 및 기관과 같은 이식형 대체물 및 보형물을 만들어 환자 치료에 사용되고 있다. 이런 3D 프린팅 기술은 기존의 생산 방식(주조, 단조 등)이 아닌 스캐닝을 통해 개개인의 특성 및 형태를 반영한 제품을 생산할 수 있다는 장점이 있으며, 미래에는 3D printing 기술을 활용, 단순한 보형물을 넘어 간, 심장, 신장과 같이 살아있는 생체 장기를 복제하는 날이 올 것으로 예측하고 있다.
4. 종류
의료 로봇의 종류는 매우 다양하며, 주요 카테고리로는 다음과 같은 것들이 있다.4.1. 수술 로봇
로봇 팔을 이용해 정밀한 수술을 수행하는 장치로, 가장 잘 알려진 예는 다빈치 로봇이다.
이는 외과 수술에서 의사의 손 떨림을 줄이고, 미세한 절개와 정교한 수술을 가능하게 한다.
4.2. 재활 로봇
신체 기능이 저하된 환자의 재활을 돕는 로봇으로, 환자의 운동을 지원하고 보조한다.
이러한 로봇은 주로 물리치료에서 사용되며, 정확한 운동 패턴을 제공해 치료 효과를 극대화한다.
4.3. 진단 로봇
특정 질병을 감지하고 진단하는 데 도움을 주는 로봇으로, 혈액 분석이나 이미징 검사 등의 진단 절차를 자동화하여 시간을 단축하고 정확성을 높인다.
4.4. 로봇 간병인
환자의 일상적인 케어를 보조하는 로봇으로, 노인 환자나 만성 질환 환자들에게 투약 관리, 이동 지원, 심리적 지원 등의 역할을 수행한다.
4.5. 미세 로봇
혈관이나 신체 내부에서 움직이며 약물 전달 또는 특정 세포나 조직을 타겟팅하는 작은 로봇이다.
이 기술은 암 치료나 혈관 내 치료에서 연구되고 있다.
5. 기술
5.1. 인공지능 기술
인공지능 기술은 내시경 검사 로봇에 탑재되어 용종 탐지, 진단에 활용되고, 환자의 데이터를 실시간 모니터링하여 패혈증과 같은 긴급 상황을 신속히 감지할 수 있다.또 수술 로봇에 탑재되어 수술 중에 CT,MRI로 찍은 영상을 바탕으로 실시간 내비게이션 도구가 되어 장기의 위치와 혈관 분포를 확인하고 정확한 수술을 할 수 있도록 돕는다.
5.2. 3DHD
3DHD는 의료 영상 및 수술 분야에서 사용되는 고해상도 3차원 영상 기술이다.수술용 로봇에 특수 설계된 3D 카메라를 미리 장착, 수술 시 의사는 3D 안경을 착용하여 수술을 집도하게 된다.
3DHD는 풀 HD(1080P)해상도의 선명한 영상을 제공하여 의사가 복잡한 해부학적 구조의 위치와 특성을 정확하게 파악해 수술 성공률을 높인다.
5.3. 원격 조작 기술
의사가 수술로봇의 팔을 조종할 수 있게 하는 기술이다.의사의 손동작을 로봇팔이 미세하고 정밀하게 모방하여 진동을 최소화하고, 인간의 손으로 도달하기 힘든 부위에 정밀한 조작을 가능하게 한다.
5.4. 미세로봇 기술
5.4.1. 자기장 시스템 연구
강한 외부자기장을 형성시켜 다양한 생의학 로봇들을 구동시키기 위한 연구를 진행중이다.특히, 자기적 성질이 약한 마이크로/나노 구조체를 효율적으로 구동하기 위해 강한 자기장의 형성이 중요한데, 이를 위해 다양한 형태의 EMA 시스템을 연구한다.
5.4.2. 약물 전달 방식 연구
기존의 약물 주입식 암세포 치료의 부정확한 타겟팅 문제를 보완하고자 외부자기장을 통해 병변 부위로 정밀 타겟팅이 가능하여 주변 정상세포에 미치는 부작용을 최소화할 수 있는 약물전달 Micro/Nano Robot에 대한 연구 중이다.또한, 정상세포에 독성을 일으킬 수 있는 Micro/Nano Robot 내부의 자성 나노 입자 회수에 대한 연구도 병행하여 진행중이다.
5.4.3. 미세로봇 재질 연구
외부 자기장 구동을 통해 복잡한 혈관을 따라서 움직일 수 있는 Soft Continuum Robot을 연구한다.특히, 외부자기장에 의해 이동하고자 하는 경로의 형태에 맞게 형상이 변하도록 Soft Continuum Robot를 국부적으로 자화시켜 활용하는 방법에 대해 연구를 진행중이다.
6. 장단점
의료 로봇은 현대 의학에서 혁신적인 기술로 자리 잡고 있으며, 수술 및 치료 과정의 효율성과 안전성을 크게 향상시키고 있다.이러한 로봇의 도입은 의료 환경을 변화시키고 있지만, 그 장단점에 대한 충분한 이해가 필요하다.
다음은 의료 로봇의 주요 장점과 단점을 정리한 것이다.
6.1. 장점
정밀도: 로봇은 높은 정밀도로 수술 및 치료를 수행하여 수술의 안전성과 효과를 높인다.일관성: 반복적인 작업에서 일관된 결과를 제공하여 오류를 줄인다.
환자 회복: 최소 침습 수술을 통해 회복 시간이 단축되고, 감염 위험이 적다.
의료 접근성: 원거리에서 수술할 수 있는 원격 수술 기술이 발전하고 있다.
의사 보조: 복잡한 절차를 지원하여 의사의 부담을 줄이고, 더 많은 환자를 치료할 수 있게 한다.
6.2. 단점
비용: 초기 설치 및 유지 비용이 높아 병원 운영에 부담이 될 수 있다.기술 의존: 기술적 문제나 오류 발생 시 큰 위험이 따를 수 있다.
훈련 필요: 의료진이 로봇을 효과적으로 사용하기 위해서는 추가적인 교육이 필요하다.
환자 경험: 로봇 수술은 비인간적인 느낌을 줄 수 있어 환자에 따라 불안감을 초래할 수 있다.
제한된 적용: 모든 환자나 상황에 적합하지 않을 수 있으며, 특정 분야에 제한될 수 있다.
7. 앞으로의 전망
의료로봇에 대한 국가, 기업 차원의 지원 사업들이 많아지는 추세이기에 의료 로봇의 앞으로의 전망은 매우 밝다고 볼 수 있다.이에 대한 예시로, 2024년 한국로봇산업진흥원의 국비 총 30억원 규모의 "간병비 부담 경감을 위한 간병로봇 지원사업" , 현대차그룹이 국군 의무사령부와 부상군인 재활지원 협약을 체결 및 보행재활로봇 "엑스블 맥스"를 국군 수도병원에 제공하는 등의 사업이 있다.
기술의 발전과 함께 로봇의 정밀도와 효율성이 더욱 향상되고 합리적인 가격의 의료 로봇 서비스를 받을 수 있을 것이다.
이러한 전망은 의료 로봇이 미래의 의료 환경에서 핵심적인 역할을 할 것임을 시사한다.