관절과 복강, 흉강은 내시경을 이용한 최소침습수술이 보편화됐지만 뼈 안팎은 내시경 시술이 불가능하고 뼈의 물리적 특성상 초음파 사용은 무용하다는 의료계의 고정관념을 깨뜨리는 스타트업이 있다. 뼈도 내시경 시술이 가능하고 초음파를 이용해 뼈 위치를 좌표화하는 기술이 개발돼 뼈에 생긴 종양이나 골절 수술을 하는 방법이 개발된 것이다. 이 기술은 인공지능을 이용하고 환자와 의료진의 방사선 피폭을 최소화하는 로봇수술법이다.
뼈 안팎에 발생한 종양의 진단과 치료에는 정확한 피부 절개 부위 선정이 가장 중요하고 골절 수술에서는 부러진 뼈를 본래 위치로 되돌리는 과정, 즉 정복(reduction)이 필수적인데 현재는 수술실에서 커다란 ‘C’자 형태의 이동형 투시 방사선 장치를 이용하는 방법뿐이다.
뼈에 발생한 종양 부위를 좌표화하거나, 골절 부위를 정복하는 과정에서 환자와 의료진은 상당한 방사선에 피폭된다. 많은 수술을 해야 하는 의료진의 피폭은 안전 허용치를 초과하기 일쑤다. 초음파로는 불가능하다고 여겨지던 뼈의 좌표화 기술을 개발한 공학자들이 창업한 회사가 에어스다.대구에 있는 에어스(대표 정상현)는 ‘뼈 내시경 수술용 인공지능 로봇시스템’과 ‘헥사포드 로봇을 이용한 골절 수술용 로봇’을 개발했다. 뼈 내시경 수술용 로봇은 개발을 완료하고 상용화를 준비 중이며 골절 수술용 로봇은 내년 초 식품의약품안전처 품목허가 후 상용화 직전 단계다.
경북대 의생명과학관에 본사를 둔 이 회사가 추진하는 프로젝트는 ‘혈관성 뼈 질환의 정밀 치료를 위한 인공지능 기반의 진단기술과 최소침습형 수술 로봇 개발’이다.
에어스는 2020년 7월 출범한 신생 업체지만 창업자인 정상현 대표는 이 분야에서 오랜 개발 경력을 갖고 있다. 연세대 의공학과를 나와 도쿄대에서 박사학위를 취득했고 경북대 연구교수를 맡고 있다. 수술 로봇과 항법장치를 주로 연구해왔고 이 분야 개발 경력이 18년에 이른다.
정 대표는 “우리는 기획 단계부터 산·학·연과 병원의 협력 체계를 이용하고 있으며 4년간의 선행 연구로 세계 최고 수준의 기술력을 확보했다”며 “의료 현장에서 사용 가능한 의료기기 상용화에 나서고 있다”고 말했다.
에어스는 정형외과 전문의인 박일형 사외이사와 오창욱 김준우 기술고문 등을 영입해 아이디어 검증 등에 나서고 있다. 산·학·연과 병원을 아우르는 팀을 구성해 운영하고 있다. 에어스는 사업을 총괄하고 생산품 개발 및 품목허가 등을 주관하며 경북대병원은 인허가 및 GMP 지원, 탐색 임상시험을 담당하고 있다. 경북대는 뼈 내시경 인공지능 수술 로봇시스템의 기술 고도화, 홍재성 대구경북과학기술원(DGIST) 교수는 뼈 내시경 로봇시스템 기술 고도화 및 척추 응용에 나서고 있다. 딥노이드는 인공지능 수술항법장치 기술 고도화 및 척추 응용을 지원하고 있다.
뼈 내시경 수술 인공지능 로봇시스템은 ‘인공지능 수술 항법 시스템’과 ‘뼈 내시경 수술 로봇시스템’이 결합해야 한다. 여기엔 수술 경로 유도장치, 인공지능 플랫폼, 엔드이펙터, 로봇임, 로봇 조종기 등이 필요하다.
수술계획 및 확인 과정에서는 수술 경로 유도장치와 인공지능을 이용해 영상을 확인하고 분석해 수술 정확성을 높인다. 로봇 수술에서는 뼈 질환 제거 엔드이펙터가 설치된 로봇과 연성 내시경이 설치된 로봇의 실시간 영상을 확인하며 혈관성 뼈 질환을 제거해 수술 안정성과 편의성을 향상하게 된다. 정 대표는 “다양한 기술 개발 역량을 보유하고 있다”며 “로봇시스템은 동물실험을 완료했고, 경북대병원과 함께 탐색 임상을 준비하고 있다”고 설명했다.
이와 관련, 로봇구조 및 내비게이션 관련 원천 특허 등 핵심 특허를 관련 기관에서 이전받고 자체 개발한 기술의 특허를 신규 출원할 예정이다. 이 제품이 완성되면 방사선 피폭을 줄이고, 정복 정확도를 획기적으로 높이면서도 수술 시간과 의료전문 인력을 감축하는 두 마리 토끼를 동시에 잡을 수 있을 것으로 보고 있다. 회사 측은 이 제품이 완성되면 절개 부위를 10㎝에서 1㎝, 수술 시간을 3시간에서 30분, 입원 기간을 1주일에서 3일로 단축할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
이 프로젝트는 1단계(2018~2020년, 경북대 주관)로 뼈 내시경 수술용 인공지능 로봇시스템의 시제품을 개발하고, 전임상(동물 사체)에 의한 유효성과 안정성을 확보했다. 2단계(2021~2022년)에선 성능 개선 및 신뢰성 확보, 척추 적용, 탐색 임상시험으로 유효성 및 안전성 확보에 나서게 된다. 척추질환 치료에도 활용할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
정 대표는 “국내 정형외과 및 판매 가능 병원은 2020년 12월 기준 1800여 개로 파악되고 있고 의료 선진국으로 분류되는 미국과 유럽연합(EU)은 1만2000개 이상의 정형외과가 판매 대상으로 꼽히고 있다”며 “국내 시장은 물론 해외시장 진출을 통해 빠른 성장을 기대하고 있다”고 말했다.
김낙훈 한경글로벌강소기업연구원장
