[엠디저널]

존스 홉킨스의 신경외과 과장 티모시 위덤(Timothy Francis Witham) 수술팀은 지난 2020년 6월8일 살아있는 환자를 대상으로 세계에서 처음으로 최초의 증강 현실 수술을 집도하여 성공적으로 끝냈다.

의사들은 환자의 만성 쇠약 요통을 완화하기 위해 척추 융합 수술을 위해 환자의 척추에 6개의 나사를 삽입하여 3개의 척추를 유합했다. 또한 6월 10일 두 번째 수술에서는 환자의 척추에서 척색종으로 알려진 암 종양을 제거했다. 의료 분야에도 본격적인 메타버스 시대가 오고 있다. (Metaverse is comong). MD저널은 2021년 NEURO LOGIC 겨울호에 실린 존스 홉킨스의 증강현실 수술법(augmented reality surgeries)을 중심으로 의료 메타버스에 대해 알아본다.

존스 홉킨스, 환자에게 최초의 증강 현실 수술

10명 중 8명은 일생 동안 쇠약해지는 요통을 경험한다. 약물 및 생활 습관 변화로 통증을 완화할 수 없는 경우 수술이 선택 사항일 수 밖에 없다. 미국에서 매년 약 160만 명이 척추 유합술을 받고 있으며, 환자의 60-70%가 수술 후 통증이 덜하다고 보고된다.

존스 홉킨스 신경외과 척추융합연구소장인 위담박사팀이 증강 현실을 이용한 두 번재 수술인 척추 척색종은 척추뼈나 두개골 기저부에서 자라는 드문 암성 종양이다. 미국에서는 매년 약 300명만이 이러한 종양으로 진단된다. 수술과 방사선이 가장 잘 알려진 치료법이다.

증강 현실 수술을 위해 의사가 사용하는 기술은 CT 스캔을 기반으로 뼈 및 기타 조직과 같은 환자의 내부 해부학 이미지를 투사하는 투명 아이 디스플레이가 있는 헤드셋을 이용하여 본질적으로 외과 의사에게 X선 비전을 제공하는 기술이다.

존스 홉킨스 신경외과 척추 융합 연구소 소장이자 존스 홉킨스 의과대학 신경외과 교수인 위담박사는 "수술실에서 증강 현실을 사용할 때 마치 GPS 내비게이터가 눈앞에 있는 것과 같기 때문에 환자의 CT 스캔을 보기 위해 별도의 화면을 볼 필요가 없습니다."라고 말한다. 위담(Witham)은 척추 융합 수술을 주도했다.

첫 번째 수술의 경우, 환자의 해부학적 구조를 등록하기 위한 CT 스캔, 계획 수립, 실제 나사 배치 및 나사의 완벽한 위치를 확인하기 위한 추적 CT까지 약 1시간 30분이 소요되었다. 수술 후 7개월 후, 환자 케이(Kay)는 통증 없이 일상 생활을 재개하고 삶을 즐기고 있다.

증강 현실은 혈전 제거 또는 음경 이식 수술과 같은 수술에 대해 의대생을 교육하는 데 몇 년전부터 사용되어 왔다. 그러나 단순한 수술 훈련에서 일반인 환자들에게 실제 사용하기 까지는 여러 단계를 거쳐 왔는데,존스 홉킨스 병원의 수술팀이 사용한 증강현실 수술 장치는 이스라엘에 본사를 둔 회사인 오그메딕스(Augmedics)에서 제조한 의료기기다.

존스 홉킨스 신경외과 척추 융합 연구소 위담과 동료들은 2019년부터 이스라엘 오그메딕스 회사와 협력하여 새로운 증강 현실 헤드셋을 시험하기 시작했다. 그들은 시체의 척추에 나사를 삽입하여 장치 테스트했고, 이 연구 결과를 2019년 여름 Journal of Neurosurgery Spine에 게재하였다.

한편 에모리 대학교와 함께 앨라배마 대학교는 구글 글래스(Google Glass)를 사용하여 정형 외과 어깨 교체를 시범적으로 시도했으며 스탠포드 대학교는 자체 장치를 개발하고 있다.

조지 워싱턴 대학병원의 가상현실 이미징 플랫폼

조지 워싱턴대학 병원의 흉부외과 부서는 환자 참여, 수술 계획 및 수술 중 시각화를 위한 환자별 360도 가상 현실 이미징 플랫폼인 Surgical Theatre의 Precision VR™을 미국 최초로 시험 사용했다.

다니엘 콜린스(Danielle Collins)는 동맥과 정맥 사이의 비정상적인 연결인 동정맥 기형(AVM)으로 인한 뇌출혈로 조지 워싱턴 대학 병원에 입원했다.

그녀의 치료를 담당했던 조지 워싱턴 대학 흉부외과팀은 그녀 자신의 해부학적 구조 내부를 360도 볼 수 있는 고급 시스템인 Precision Virtual Reality™ 기술의 지원으로 일어나는 모든 일을 설명해주었다. 다니엘은 “터치 스크린과 가상 현실 헤드셋을 사용하여 머리를 돌리고 조이스틱을 움직여 자기 두뇌에 대해 다양한 각도에서 뇌의 모습을 볼 수 있었고, 그녀의 이미지를 본 것이 미지의 것에 대한 두려움을 없애는데 도움이 되었으며, 신체적, 정서적 수준에서 진단 및 치료 계획을 알고 동의할 수 있었다”고 말했다.

Precision Virtual Reality™은 의사들이 사전에 대체 외과적 접근 방식을 계획하고 가장 안전하고 가능한 최상의 선택을 할 수 있도록 함으로써 의사들에게도 큰 도움이 되고 있다.

동정맥 기형(AVM)을 제거하기 위한 개두술 후 다니엘은 이번에는 AVM이 없어졌는지 확인하기 위해 가상 현실 기술을 다시 사용했는데, 스스로 결과를 보고 잠재적인 불안이 완화되었고 그녀가 괜찮을 것이라고 재확인했다.

조지 워싱턴대학병원의 신경외과 학과장인 Anthony Caputy 박사는 이 기술의 가능한 많은 용도가 아직 실현되지 않았다고 말한다. 그 적용은 이미 이 병원에서 흉부 질환 치료에 있어 환자와 의사에게 혜택을 주기 위해 확대되고 있으며, 뇌와 마찬가지로 가슴에도 주요 혈관과 해부학적 구조가 있어 고급 의료 절차를 수행할 때 큰 역할을 하고 있다.

흉부외과 책임자인 Keith Mortman 박사는 "우리 병원은 폐암 병기 결정 도구로서 VR 영상의 유용성을 연구하기 위해 의학 교육 보조금을 받아 폐암이 전이된 정도를 평가하고 있다“ 말했다.

Mortman 박사는 “VR 플랫폼이 다른 구조물 옆에 있거나 침범할 수 있는 흉부에 덩어리가 있는 환자를 치료하는 데 유용할 수 있다. 고급 360도 보기를 통해 외과의는 구조, 혈관 및 기도가 서로 관련되어 있는 위치를 더 잘 볼 수 있다. 이것은 최선의 치료를 결정하고 특정 수술을 안전하고 효과적으로 수행할 수 있는지 여부를 결정하는 데 도움이 될 수 있다.”고 말한다.

Mortman 박사는 “종양이 흉부 중앙, 즉 폐 사이로 퍼진 경우에는 수술을 권장하지 않는다. VR 기술은 집단이 그 지역을 침범했는지 식별하는 데 잠재적으로 도움이 될 수 있으며, 따라서 불필요한 절차를 피할 수 있다. 수술이 권고되는 경우 보다 정확한 관찰이 직접적인 치료에 도움이 될 수 있고 접근 방식을 변경할 수도 있다. 예를 들어, 외과 의사는 가슴의 전면을 통과하는 대신 측면을 통과하는 것이 더 낫다고 결정할 수 있다”고 확장 사용 가능성을 언급했다.

의료 서비스를 개선할 수 있는 가능성과 함께 VR 기능은 환자는 고글을 착용하고 자신의 진단을 더 잘 이해하고 치료에 더 적극적으로 참여하는 동기부여를 제공하고 있다.

메디컬아이피, AI 의료영상 분석 기술 및 의료 메타버스

메디컬아이피(대표이사 박상준, www.medicalip.com)가 오는 3월 10일(목)부터 13일(일)까지 개최되는 KIMES 2022(국제의료기기 및 병원설비전시회)에 참가해 다양한 인공지능 기반 의료영상 분석 및 활용 기술을 선보인다.

메디컬아이피는 이번 KIMES 2022를 통해 ‘메딥프로(MEDIP PRO)’의 AI 의료영상 분할·분석 기술을 바탕으로 한 AI 체성분 자동 분석 소프트웨어 ‘딥캐치(DeepCatch)’, X-ray 정량화 및 치료 모니터링 솔루션 ‘티셉(TiSepX)’과 함께 의료영상을 AR(증강현실), VR(가상현실), XR(확장현실) 등 첨단 기술과 융합한 의료 Metaverse 솔루션 등 다채로운 제품 라인업을 공개할 예정이다.

메디컬 아이피는 AI 기술을 통해 의료영상에서 모든 장기 영역을 분할(Segmentation)하고 수치적으로 분석하는 정량화 기술을 통해 다수의 의료 플랫폼을 확보했다. 이를 바탕으로 특정 질환의 진단이 아닌 의료영상을 AI로 분석하고 의료진의 판단에 객관적인 근거를 더하는 정량화 기술을 제공함으로써 의료 기술의 고도화와 패러다임 변화를 이끌고 있다.

환자의 CT 영상에서 피부, 뼈, 근육, 지방 등 체성분을 자동으로 분할해주는 AI 소프트웨어 딥캐치의 경우 대사성 질환을 비롯해 근감소증, 골다공증 등 체성분 연계 질환을 중심으로 다수의 CT 분석 연구에 활발하게 활용 중이다. 뿐만 아니라 각종 암 수술 환자의 예후 등 체성분과 연관된 여러 질환의 예측, 예방 연구에도 도입되며 출시 1년 만에 10편이 넘는 임상 논문이 게재된 바 있다.

또한 X-ray 영상을 활용하는 티셉의 경우, COVID-19, TB(폐결핵) 등 여러 폐 질환을 3차원적으로 분석해 폐 질환의 중증도를 판단하고 치료 경과를 지속적으로 모니터링 할 수 있는 혁신 솔루션이다. 감염 유무를 판단하는 데 그치는 것이 아니라 AI 딥러닝을 통해 폐 전체에서 병변이 차지하는 부피, 비율 등을 산출함으로써 가장 보편적으로 촬영되는X-ray데이터의 의료적 가치를 제고할 수 있을 것으로 기대된다.