복잡한 혈관에서 원하는 대로 조종할 수 있는 마이크로로봇이 개발됐다.

DGIST(대구경북과학기술원)은 최홍수 로봇공학전공 교수팀이 한양대 이병주 교수팀과 스위스취리히연방공대(ETH) 브래들리 넬슨(Bradley J. Nelson) 교수팀과 공동연구로 심근경색 가운데 만성완전폐쇄병변(CTO) 치료 성공률을 향상시킬 수 있는 ‘가이드와이어 부착형 마이크로로봇’을 개발했다고 27일 밝혔다.

연구팀이 개발한 마이크로로봇은 복잡한 혈관에서 원하는 방향으로 조종할 수 있다. 만성완전폐쇄병변 같은 심혈관 질환이 발생했을 때 해당 부위까지 정확하게 도달할 수 있다. 이번 연구로 심혈관 질환 시술 시간을 단축시키고, 성공률을 높일 것으로 기대된다.

지금까지 막힌 혈관을 뚫어주는 관상동맥 중재술에 사용하는 가이드와이어는 시술자가 수동으로 방향과 위치를 조절한다. 그만큼 시술자의 숙련도에 따라 시술 성공률과 속도가 좌우된다. 게다가 시술자가 복잡한 혈관이나 분지관(分枝管)에서 끝단이 구부러진 가이드와이어를 수동으로 방향을 잡으며 밀어줘야 해 정확한 방향과 위치를 조절하기가 어렵다는 한계도 지적돼왔다.

최홍수 교수팀은 이런 한계를 극복하려고 유연하면서도 생체에 적합한 폴리머와 외부 자기장으로 방향과 위치를 조절할 수 있는 네오디뮴 자석을 이용했다. 지름 500마이크로미터(㎛, 100만분의 1m), 길이 4밀리미터(mm) 크기로 원통형 마이크로로봇을 만들어 가이드와이어 끝부분에 부착했다. 그런 다음 외부 자기장 시스템으로 마이크로로봇을 조절하면 원하는 방향으로 가이드와이어를 움직일 수 있다. 또 마스터-슬레이브 시스템을 통해 직선으로 이동할 수 있다.

연구팀은 마이크로로봇이 유연하게 움직이도록 하고자 로봇 움직임을 수학적으로 계산해 예측한 다음, 결과를 조절하는 피드포워드 방식으로 복잡한 혈관을 통과하는 실험에 성공했다. 또 심장 관상동맥을 모사한 3차원 혈관 모형에서 원하는 부위에 도달하는 실험도 성공했다. 아울러 세포 생존 실험을 통해 마이크로로봇 생체적합성도 확인했다.

연구팀이 개발한 가이드와이어 부착형 마이크로로봇은 복잡한 혈관 속에서 원하는 부위에 빠르게 도달할 수 있다. 기존 관상동맥 중재술 한계를 극복하고 시술 성공률과 효율을 높일 수 있을 것으로 기대된다. 또 기존 방법보다 빠르게 질병 부위에 도달할 수 있어 환자와 시술자가 엑스레이에 의한 방사선 피폭량을 줄이고, 환자의 혈관 손상도 줄일 수 있다.

최홍수 교수는 “가이드와이어 부착형 마이크로로봇을 이용하면 질병 원인 부분을 정확하고 빠르게 찾아 안정적으로 시술할 수 있어 심장 질환 시술 시간을 단축시키고 성공률을 높일 수 있다”며 “앞으로 관련 기업과 후속 연구를 진행해 실제 의료 현장에서 활용할 수 있는 제품 개발에 노력하겠다”고 말했다.

한편 이번 연구결과는 로봇연구 분야 최고 국제학술지 ‘소프트 로보틱스(Soft Robotics)’ 13일자 표지논문으로 게재됐다.

[테크M = 박응서 기자(gopoong@techm.kr)]