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수술 중 방사선 치료에 사용되는 로봇 지원 시스템 Morpheus™
의료기기 Morpheus™를 통해 Empyrean Medical Systems는 암 치료에서 혁신을 이루었습니다. Morpheus™의 사용을 통해 신체 내 종양에 대한 정확한 방사선 조사가 가능하고 주위의 정상 조직은 보호할 수 있습니다. 이런 성과의 주역은 이 시스템에 통합된 의술용 로봇 KUKA LBR Med입니다.
수술 중 방사선 치료를 가능하게 하는 독창적 로봇 어플리케이션
Empyrean Medical Systems는 종양성 질병 및 비종양성 질병의 고효율적 비침습 및 최소 침습 치료 방법에 특화된 기업입니다. 조준된 비등방성 방사선 치료, 즉 비균일 방사선 치료(ART)를 위한 시스템인 Morpheus™을 통해 미국 플로리다 주 보카 레이턴(Boca Raton)에 소재한 이 기업은 다양한 측면에서 혁신적인 제품을 개발했습니다. 그 혁신성 중 하나는 수술 중에 암환자의 종양 부위에 정확하게 방사선을 조사할 수 있다는 점입니다. Empyrean Medical Systems의 공동창립자인 칼 피시맨(Kal Fishman)은 “뿐만 아니라 이 시스템은 의사들이 방사선을 특수한 형상으로 입체적 방향성을 갖도록 형성하고 종양 또는 종양 부위를 효율적이고 집중적으로 조사할 수 있는 최초의 시스템입니다. 이를 통해 주위의 정상 기관 및 조직이 보호된다”고 설명합니다.
로봇 지원 방사선 조사 시스템을 통한 정밀도 및 유연성
또한 피시맨은 LBR Med가 아니었다면 지금의 Morpheus™은 없었을 것이라고 강조합니다. Empyrean Medical Systems의 이 공동창립자는 “해부학적으로 정확한 위치에 방사선원을 조사할 수 있는 것은 모두 로봇 덕분입니다. 이런 정밀도 및 유연성은 시판되는 어떤 제품도 구현하지 못한다”고 설명합니다. Empyrean Medical Systems와 KUKA 사이의 협력은 수년에 걸쳐 더욱 강화되고 있습니다. 이런 협력 관계는 ART 시스템의 개발에만 그치지 않고 지속적으로 진행되었습니다. 피시맨 공동창립자는 “KUKA는 큰 인내심을 가지고 당사의 요구사항을 구현하기 위해 노력하였으며 특히 로봇의 통합과 관련해 많은 지원을 제공했다”고 설명했습니다.
통합된 LBR Med로 인해 Morpheus™는 건강한 조직을 보호하는데 필수적인 고도의 정밀도를 갖게 됩니다.
수술 중 로봇 지원 방사선 치료를 통한 주변 조직의 보호
다른 시스템은 외부에서 종양을 조준하고 조직을 관통하여 조사하는 선형 방사선으로 작동합니다. 이런 방식으로는 최대 선량을 정확하게 종양에 집중시키는 것이 어려운 과제입니다. 하지만 Empyrean Medical Systems 시스템은 최대 선량이 종양에 전달되고 주변의 정상 조직이 손상되지 않도록 입체적으로 방사선을 조준합니다. Empyrean Medical Systems에서는 이 방식을 3중 변조라고 부릅니다. 3D 콘 내에 있는 임의의 각 영역에서 방사선량을 개별적으로 조절할 수 있습니다. 이런 방식으로 척추, 뇌 및 여성 유방에 있는 종양을 치료할 수 있습니다.
방사선의 3차원 정렬은 최적의 방사선 치료를 가능하게 합니다.
의료용 로봇 지원 시스템의 복잡한 허가 절차의 성공적 완료
Morpheus™의 우수성은 진입장벽으로 작용했던 미국 식품의약국(FDA)의 허가를 통해 입증되었습니다. 피시맨 공동창립자는 “우리 컨셉과 기술이 종래 방식과 확연하게 다른 것이어서 심사위원들에게 확신을 줄 수 있는 까다로운 증명이 필요했다”고 당시를 회상합니다. 이 과정에서 LBR Med의 CB 인증, 즉 의료기기에 사용할 수 있다는 인증이 큰 도움이 되었습니다. 그는 “이 인증이 많은 시간과 번거로움을 덜어 주었습니다. 승인 절차를 진행하는 동안 KUKA는 큰 도움을 제공하였고 우리의 관심사에 귀를 기울였다”고 설명합니다.
의료용 로봇을 통한 사용자 친화성
호흡 동작의 추적은 또 한가지의 도전과제였습니다. 환자가 움직이면 일반적으로 조사를 중지하고 몸을 다시 제위치로 옮겨서 조사를 다시 시작해야 합니다. LBR Med는 환자가 마취 상태에서 호흡하는 동안 Morpheus™이 호흡 동작을 추적할 수 있도록 합니다. 이를 통해 중단 없이 치료를 진행할 수 있습니다. 방사선은 해부학적 형태에 맞게 조사되고 주변 조직을 피해 항상 종양에만 집중됩니다. 이를 통해 이 시스템은 항상 정확하게 치료 계획에 따라 작동할 수 있습니다.
호흡 동작에 대한 어댑테이션을 통해 신체 내 종양의 정확한 조사가 가능합니다.
통합된 경량 로봇을 통한 간단한 셋업
통합된 LBR Med를 통해 다양한 과제, 예를 들어 보정 챔버로 방사선원이 진입하는 과정과 같은 작업이 자동화되었습니다. Morpheus™은 보정 작업도 모형에서 자동으로 수행합니다. 피시맨 공동창업자는 “우리가 시스템을 초기 위치로 이동시키면 여기에서부터는 Morpheus™이 자동으로 과제를 수행합니다. 방사선원은 소프트웨어 및 센서를 통해 제어됩니다. 수동 조작이 전혀 필요하지 않다는 점이 병원에서는 큰 이점으로 작용한다”라고 작동 절차를 설명합니다.
LBR Med의 통합을 통해 다양한 수술 중 방사선 치료 과제를 자동화할 수 있습니다.
수술 중 방사선 치료를 위한 로봇 지원 시스템의 임상 시험
Morpheus™에서는 환자의 안전을 최우선 과제로 삼고 있습니다. 밀폐된 챔버에서 방사선이 절차에 따라 작동하고 이런 방식으로 형상을 점검할 수 있습니다. 하지만 Empyrean Medical Systems는 증강현실(Augmented Reality)이라는 혁신적 점검 방법을 개발했습니다. 특수 고글을 통해 의사는 환자의 몸을 관찰하고 눈앞에 있는 작은 디스플레이를 통해 인체에서 방사능운(radioactive plume)의 형태 및 분포를 확인하고 필요 시 관찰 방향을 바꿀 수도 있습니다.
특히 인간, 기계 및 의료기기의 일부로서의 로봇 컨트롤러 사이의 협업과 관련하여서 KUKA의 엔지니어들은 항상 우리에게 큰 도움을 주었습니다. 이런 협력이 없었다면 지금의 우리는 없을 것입니다.
다음 단계에서 Empyrean Medical Systems는 경험이 풍부한 사용자와 함께 Morpheus™의 임상 시험을 진행할 계획입니다. 이를 위해 이 시스템은 이미 미국에 있는 3개 연구소에 인도되었습니다. 여기에서 축적한 경험은 미국 방사선 종양학 협회(ASTRO)의 연례 회의에서 소개될 예정입니다.
