1. 서론
수술은 기술의 발전을 통해 진화해 왔으며, 특히, 로봇 기술은 수술의 정밀성과 시술자의 얼고노믹스 향상과 같은 이점을 제공함으로써 복강경 수술을 한층 발전시켰다. 비뇨의학 분야에서는 이미 일부 수술에서는 로봇 수술이 표준적인 치료법으로 자리잡을 정도로 널리 적용되고 있다. 이제 수술 로봇의 적용은 경성 수술기구를 이용하는 복강경 수술 분야를 넘어, 카테터나 내시경과 같은 연성 수술기구를 사용하는 다양한 수술 분야로 확대되고 있다.
연성 요관내시경 수술은 일회용 연성 요관내시경이나 레이저 장비와 같은 기술의 발달과 새로운 기술을 이용한 최적 술기를 개발하기 위한 의료진의 노력에 힘입어 빠르게 발전하고 있다. 그러나 여전히 연성 요관내시경과 수술 도구의 정밀한 조작은 기술적으로 챌린징하며, 동시에 다양한 수술 기구와 장비를 적절하게 다루기 위해선 높은 숙련도를 요구한다 [1]. 또한, 높은 피로도와 지속적인 방사선 노출은 시술자의 부담을 키운다. 이러한 요인들은 수술의 효과와 안전성을 제한하는 어려움으로 작용하며, 과제로 남아있다.
이러한 배경에서, 연성 요관내시경을 이용한 신장결석 치료 분야에 있어서 수술 로봇의 적용이 시도되고 있다. 최근 국내외에서 다양한 로봇 연성요관내시경 시스템이 등장하고 있으며, 초기 임상 결과들이 보고되고 있다. 따라서, 이 글에서는 상용화된 로봇 연성요관내시경 시스템을 중심으로 기술 및 임상 동향에 대해 알아보고, 로봇 연성요관내시경 시스템의 가능성과 과제에 대해 의공학자의 관점에서 고찰해 보고자 한다.
2. 본론
2.1. 로봇 연성요관내시경 현황
2011년 심혈관수술 로봇인 Sensei-Magellan System을 활용해 임상에서 최초로 로봇 보조 역행성 신장내결석수술이 시도[2]된 이후, 다양한 로봇 연성요관내시경 시스템이 등장하고 있다. 이 장에서는 상용화된 로봇 연성요관내시경 시스템들을 중심으로 구성, 조종 방식, 보조 기술 등의 기술적 특징과 안전성 및 유효성에 대한 임상적 근거들에 대해 소개하고자 한다. 각 로봇 시스템의 기술적 특징과 임상적 근거의 요약을 [표 1]과 [표 2]에 나타낸다.
표 1.
Summary of technical features of commercially available robotic flexible ureteroscopy
표 2.
Summary of clinical outcomes of robotic flexible ureteroscopy
| 저자 | 연구 유형 | 대상자 수 | 선정 기준 | 결석제거율 | 합병증 발생률* | |
| Zamenix | Cho S. Y. et al. (2023) [6] |
Single-arm, Prospective | 46 | 5-30 mm |
93.5%| (< 4 mm) |
6.5% (Postop.) |
| Roboflex Avicenna | R. Saglam et al. (2014) [8] |
Single-arm, Prospective | 81 | < 30 mm | 80.0% | NA |
| P. Geavlete et al. (2016) [9] | RCT |
66 / 66 (Classic/Robotic) | Total diameter < 35 mm | 89.4% / 92.4% |
1.5% / 0% (Intraop.) | |
|
J. Klein et al. (2021) [10] |
Single-arm, Prospective | 240 | NA |
90% (< 2 mm) |
5.6% / 11.25% (Periop./ Postop.) | |
| Salah M et al. (2024) [11] |
Single-arm, Retrospective | 100 | NA |
70% (No residual fragment) |
8 cases (Periop.) | |
| Ily robot | Łaszkiewicz J et al. (2024) [12] |
Single-arm, Prospective |
57 (46 RIRS/ 11 ECIRS) |
<1.5 cm, 750 mm3 (RIRS) |
80.4% / 90.9% (< 2 times of laser fiber diameter) | NA |
| El-Hajj A et al. (2024) [13] |
Single-arm, Prospective | 29 | NA | 93.55% |
9.68% (Postop.) | |
|
Monarch Platform | Landman J et al. (2024) [16] |
Single-arm, Prospective | 13 | NA |
61.6% (<4 mm) |
23.07% (Postop.) |
2.1.1. Zamenix
Zamenix (Roen Surgical, Inc., Korea)는 국내 최초의 로봇 연성 요관내시경 시스템이다. 2022년 1세대 로봇(easyUretero)이 확증 임상시험을 통해 식약처 제조허가를 획득했으며, 2023년 크기, 정밀 조종성, 효율성과 안전성 향상을 위한 수술 보조 기능을 개선한 2세대 로봇이 출시되었다. Zamenix는 Surgeon console과 Patient cart로 구성된다 [그림 1]. Patient cart에는 상용 연성요관경, 레이저파이버, 바스켓, 요관내시경확장기를 장착 가능하며, 시술자는 Surgeon console에 앉아 조종기를 이용해 요관경과 수술 도구를 혼자 조종 가능하다. 조종기는 요관경을 조종하는 짐벌 핸들과 레이저파이버/바스켓을 조종하는 도구 핸들로 구성된다. 짐벌 핸들의 조종을 통해 요관경의 전후진, 굴절(Deflection), 회전(Rotation)의 3개의 자유도의 복합적인 정밀 조작이 가능하며, 휠 스크롤과 조이스틱 버튼을 이용해 특정 움직임의 미세 조종이 가능하다. 도구 핸들을 통해 레이저파이버/바스켓의 전후진과 바스켓의 개폐 조작이 가능하다. 콘솔에서 요관내시경확장기의 전후진 조종이 가능하며, 요관내시경확장기에 가해지는 힘을 센싱해 시술자에게 제시한다. Zamenix는 결석제거의 효율성과 안전성을 향상하기 위한 보조 기능을 제공한다. 호흡 보상 기능은 환자의 호흡에 따른 결석의 움직임에 대해 내시경이 자동으로 따라 움직이며 호흡에 의한 움직임의 영향을 상쇄해 레이저 결석 분쇄 시, 결석과 레이저파이버 팁 간의 거리 유지와 연속적인 레이저링을 용이하게 할 수 있다. 또한, 결석 크기 가이드 기능을 통해, 바스켓으로 포획한 결석이 요관내시경확장기에 걸리지 않고 추출 가능한지 여부에 대한 시술자의 판단을 보조한다. 또한, 자동 주행 기능을 통해 한 번 접근한 위치에 다시 접근할 경우, 직접 요관경을 조종하지 않아도 자동으로 해당 위치로 접근할 수 있다. 로봇의 기능의 대해 [20]의 영상을 통해 확인 가능하다.
J Park 등[3]은 2022년 1세대 로봇을 이용한 최초의 In-vitro 연구를 통해, Stone retrieval의 Task completion time은 더 길었으나 Ergonimic하며, in-vivo 돼지 모델에서 Safety issue 없이 로봇 연성신요관경하 결석제거술을 완수할 수 있음을 보고했다. J. Kim 등[4]은 2022년 1세대 로봇을 이용한 in-vivo 돼지 모델 비교 연구를 통해, 로봇을 이용한 Basket stone retrieval이 Feasible하고 안전하며 시술자의 피로도와 방사선 노출량을 줄일 수 있음을 보고했다. H Han 등[5]은 2022년 1세대 로봇을 이용한 in-vivo 돼지 모델 비교 연구를 통해, 로봇을 이용한 Laser lithotripsy가 저숙련자에게도 안전하고 Feasible함을 보고했다. Cho S. Y.와 Lee J. Y.[6]은 2023년 1세대 로봇을 이용한 다기관, 전향적, 단일군, 확증 임상시험을 통해 최대 장경 5-30 mm의 신장 결석을 하나 이상 갖는 46명의 한국 성인 대상자를 대상으로 로봇 연성신요관경하 결석제거술을 시행해, 93.5%의 결석제거율(<4 mm, 1-month CT)과 6.5% (Grade II)의 수술 후 합병증 발생률로 안전하고 유효함을 발표했다. J. Kim 등[7]은 2세대 로봇을 이용한 in-vitro 비교 연구를 통해, 로봇의 호흡 보상을 이용한 레이저 결석 분쇄 시, 매뉴얼 술기 대비 Fragmentation time을 35.0%, Mucosal contacts를 66.0% 감소할 수 있음을 발표했다. Zamenix를 이용한 로봇 보조 연성신요관경하 결석제거술은 혁신의료기술로 지정되었으며, 2024년 국내 시장 도입 예정이다.
2.1.2. Roboflex Avicenna
Roboflex Avicenna (ELMED Medical Systems, Turkey)는 최초로 상용화된 로봇 연성 요관내시경 시스템으로 2013년 CE mark를 획득했다. 이 로봇은 Surgeon console과 Flexible ureteroscopy manipulator로 구성된다 [그림 2(a)]. Manipulator의 Handpiece부에 다양한 상용 요관경과 요관내시경확장기을 장착할 수 있으며, 레이저파이버를 장착할 수 있다. Surgeon console은 터치스크린과 2개의 조이스틱 인터페이스로 구성된다. 좌측 조이스틱을 이용해 요관경의 전후진과 회전을, 우측 조이스틱의 휠을 이용해 요관경의 굴절을 조종한다. 요관경의 전후진의 경우 총 150 mm의 이동거리를 제공하며, 바스켓팅이 필요할 경우에는 보조자에 의한 매뉴얼 조종이 필요하다. 콘솔의 터치스크린을 통해 관류액의 속도, 레이저파이버의 전후진을 조종할 수 있다. 관류액 조정에 있어서 Flush 기능을 통해 일시적으로 관류액의 유속을 크게 증가시킬 수 있다. 또한 콘솔에는 형광투시 이미지 촬영과 레이저의 조사를 위한 2개의 풋페달이 설치되어 있다. 최근 버전에는 요관경의 전후진 방향에 대해 힘을 감지해 모니터에 힘의 변화를 제시하는 기능이 추가되었다.
R. Saglam 등[8]은 2014년 30 mm 미만의 신장 결석을 갖는 81명의 대상자에 대해 전향적, 단일군 임상 연구를 통해, 결석 제거율 80% (Complete stone removal, 3-month X-ray/US), 2건의 Secondary FURS 발생으로, 로봇 RIRS가 안전하고 적절함(Suitable)과 함께 시술자 얼고노믹스의 유의한 향상이 있음을 보고했다. P. Geavlete 등[9]은 2016년 결석의 총 장경 35 mm 미만의 신장결석을 갖는 132명의 대상자(Robotic fURS 66명, Classic fURS 66명)에 대한 무작위 대조 연구를 통해, Robotic fURS가 Classic fURS와 유사한 결석제거율, 수술시간, 안전성을 보임을 보고했다(3개월 후 결석제거율 Classic fURS 89.4% vs Robotic fURS 92.4%, Treatment time 50 min vs 51 min, Intraoperative complications 1.5% vs 0%). J. Klein 등[10]은 2021년 신장 결석을 가진 240명의 대상자에 대해 전향적, 단일군 임상연구를 통해, 결석제거율 90% (< 2 mm, 3-month US/KUB), OR time 91분, Perioperative complications 5.6%, Postoperative complications 11.25%으로, 로봇 fURS가 기존의 fURS과 비슷한 결과를 보이며, 긴 수술에서 시술자의 지속성을 유지하고 최적의 얼고노믹스를 제공함을 보고했다. M. Salah 등[11]은 2024년 100명의 신장 결석 대상자에 대한 후향적, 단일군 연구를 통해, 결석제거율 73% (No residual fragment, 1-month CT), Perioperative complications 8건, 재치료율 13%, Same day discharge 95%를 보고했다.
2.1.3. Ily Robot
Ily Robot (STERLAB, France)는 무선 조종기와 로봇 암으로 구성된 시스템으로 CE mark를 획득했다. 이 로봇은 콘솔 없이, Play station의 것과 유사한 비디오 게임 컨트롤러를 이용해 요관경을 조종한다 [그림 2(b)]. 따라서 타 로봇 시스템에 비해 작은 점유 면적과 간단한 시스템 구성을 특징으로 한다. 게임 컨트롤러의 좌측 Thumb stick을 이용해 요관경의 전후진을, 우측 Thumb stick을 통해 요관경의 굴절과 회전을 조종할 수 있다. 로봇 암의 요관경 홀더는 3D 프린팅을 통해 쉽게 제작/교체 가능해 모든 종류의 Reusable/Single use 상용 요관경을 장착할 수 있으며, 대부분의 상용 요관내시경확장기를 장착할 수 있다. 레이저파이버의 전후진이나 바스켓 전후진/개폐 시, 보조자에 의한 매뉴얼 조작이 필요하다.
Łaszkiewicz J. 등[12]은 2024년 크기 1.5 cm 미만 혹은 부피 750 mm3 미만의 신장 결석을 갖는 57명의 성인 대상자(Retrograde intrarenal surgery (RIRS) 46건, Endoscopic combined intrarenal surgery (ECIRS) 11건)에 대해 전향적, 단일군 임상 연구를 시행해, 결석제거율 RIRS 80.4%, ECIRS 90.9% (<Laser fiber 직경의 2배, 수술 중 내시경 이미지/형광 투시 관찰), 수술시간 RIRS 63분, ECIRS 55분으로 만족스러운 결석제거율과 수술 시간이 유의하게 증가하지 않음을 보고했다. El-Hajj A 등[13]은 2024년 신장 결석을 갖는 29명의 19세 이상의 대상자에 대해 전향적, 단일군 임상시험을 시행해, 결석제거율 93.55%, 수술 후 합병증 발생률 9.68% (Grade I)로 안전하고 유효함을 보고했다.
2.1.4. Monarch Platform
Monarch platform (Johnson&Johnson, US)은 Cart, Display Tower, Controller, Fluidics Pump로 구성된 로봇 시스템으로, 2022년 FDA 510k clearance를 획득했다. 다른 로봇들이 역행성 신장내결석수술을 타깃으로 개발된 반면, 이 로봇은 경피적 신절석술과 역행성 신장내결석수술을 혼합한 수술에 특화되어 개발된 점이 특징이다. Cart는 3개의 로봇암으로 구성되며, 1개의 로봇암을 이용해 경피적 접근 시 바늘의 가이드와 Steerable suction catheter의 제어가, 2개의 로봇암을 이용해 요로를 통한 역행성 접근을 위한 로봇 전용 연성 요관경의 제어가 가능하다 [그림 2(c)]. 요관경의 선단부와 천자 바늘에 전자기 센서를 장착해 두 수술 기구의 위치를 측정함으로써, 경피적 접근 시 바늘의 각도와 깊이에 대한 비주얼 가이드를 제공해 정확하고 안전한 경피적 접근을 보조한다. 결석 제거 시, 요로를 통해 삽입된 요관내시경을 통해 레이저 결석 분쇄를 시행함과 동시에 경피적 접근을 통해 삽입된 Steerable suction catheter를 통해 Dust와 잔석을 빨아들여 체외로 배출한다. Fluidics pump가 시스템에 통합되어 있어, 관류액의 Inflow와 Suction을 제어 가능하다. Controller는 게임컨트롤러 타입으로 구성되어 있으며, 이를 통해 로봇암과 연성 요관경의 제어가 가능하다. 로봇 전용 연성 요관경은 2 방향의 Deflection을 제공하며, 상용 연성 요관경은 호환되지 않는다. 최근 버전에는 내시경의 전후진에 대한 저항을 감지해 모니터에 제시하는 기능이 추가되었다.
Chi T. 등[14]은 2022년 돼지를 이용한 in-vivo 비교 연구를 통해 로봇을 이용한 PCNL과 RIRS이 기존의 술기와 비슷한 안전성과 Usability를 보임을 발표했다. Humphreys M. 등[15]은 2022년 카데바 연구를 통해, 로봇의 경피적 접근 가이드를 통해 비숙련 시술자의 경피적 접근 성공률, 시간, 정확도를 향상할 수 있음을 발표했다. Landman J 등[16]은 2024년 신장 결석을 가진 13명의 대상자에 대해 단일군, 전향적으로 PCNL combined with ureteroscopy visualization and lithotripsy을 시행해 결석제거율 61.6% (<4 mm, 1-month CT), 수술 후 합병증 발생률 23.07% (Grade I 15.38%, Grade II 7.69%)의 결과를 보였다.
2.1.5. 그 밖의 수술 로봇
상용화 전의 연구단계 기술로써, Shu 등[17]은 2022년 Neural network 기반의 알고리즘을 이용해 연성요관내시경과 주변 조직 간의 상호 작용하는 힘을 감지하는 기술을 탑재한 로봇 시스템을 제안했다. 또한, Schlenk 등[18]은 연성 요관내시경의 조작에 있어서 매뉴얼 방식에 로봇암을 통한 보조를 혼합한 하이브리드 형태의 로봇을 통해 매뉴얼 조종이 갖는 햅틱 피드백의 장점과 로봇 조종이 갖는 정밀성 향상, 피로도 저하, 1인 수술의 이점을 제공할 수 있음을 보였다.
2.2. 가능성, 과제, 향후 전망
로봇 연성요관내시경 시스템은 안정적이고 정밀한 내시경의 원격 조종과 얼고노믹한 조종 환경을 제공한다. 이를 통해 수술 중 내시경의 포지셔닝과 타겟팅을 용이하게 하고, 시술자의 피로도를 줄이고 장시간의 수술에도 집중도를 유지할 수 있으며, 방사선 노출을 효과적으로 감소할 수 있음을 보이고 있다. 이러한 이점은 특히 시술자에게 큰 매력으로 작용할 것이며, 특히 결석의 Burden이 크거나 복잡한 케이스에서 그 효과가 극대화될 것으로 기대된다.
현재까지의 임상 연구 결과는 Conventional RIRS와 비슷한 수준의 수술 결과를 보이고 있다. 도입 초기 단계임에도 숙련된 시술자가 수행하는 잘 정립된 Conventional RIRS와 비슷한 수술 결과를 보이는 점, 일부 연구에서는 결석제거율이 90%에 육박하거나 그 이상을 보이는 점은 고무적이나, 대부분이 연구가 로봇 단일군으로 시행되었고 대상자 선정이나 규모가 제한적으로, 향후 Conventional RIRS와의 비교 연구와 더 많은 대상자를 포함한 연구를 통해 로봇 수술의 이점에 대한 추가적인 검증이 필요하다. 여러 수술 로봇이 비교 임상을 포함한 추가적인 근거 창출을 예정하고 있는 바, 향후 발표될 임상 결과를 주목해 살펴볼 필요가 있다.
한편, 압력/온도 측정이 가능한 내시경 기술, 더 효율적인 레이저 기술, Suction/Aspiration을 접목한 Lithotripsy 기술 등, 수술의 효율성과 안전성을 향상할 수 있는 주변 기술들이 빠르게 발전하고 있는 상황에서, 로봇의 역할에 대한 지속적인 고민과 함께 로봇 수술의 당위성을 입증하기 위한 노력이 중요할 것이다.
연성 요관내시경 분야의 로봇 기술의 도입은, 기술적으로도 술기적으로도 아직 초기 단계로 앞으로 무궁한 발전 가능성을 가지고 있다. 먼저 기술적으로는, 내시경 홀더로서의 기능을 넘어서, 유효성과 안전성을 향상할 수 있는 보조기능을 담는 플랫폼으로서 발전할 것이다. Zamenix에서 제공하는 보조 기능(호흡 보상 기능, 결석 크기 가이드, 자동 주행)이 좋은 예시가 될 수 있으며, 그 외에도 요관내시경, 관류액 펌프, 형광투시장치, 레이저 장치 등으로부터의 각종 수술 데이터를 통합 활용한 가이드 기능, 최적화 기능, 자동화 기능을 접목함으로써, 수술의 난이도를 낮추고 의료진의 역량을 극대화하도록 발전할 것이다. 또 다른 관점으로는, 로봇 전용 수술도구의 개발을 통해 기존의 수술도구나 사람의 손만으로는 구현이 제한적이었던 술기를 용이하게 하거나, 새로운 술기를 제공할 수 있을 것이다. 예를 들어, Monarch Platform에서 제안하는 2방향 굴곡 내시경이나 Steerable suction catheter를 들 수 있다. 이와 관련해, 비뇨의학자가 임상적 관점에서 바라본 로봇에 바라는 구체적인 기능과 가치에 대해서 Rassweiler-Seyfried MC 등[1]과 Sinha MM 등[19]의 문헌을 통해 엿볼 수 있다. 또한, 이러한 로봇들은 다양한 내시경 및 수술도구와의 호환성 확보를 통해 요로결석 뿐만 아니라 다양한 비뇨기 내강 질환과, 비뇨기과 외의 타 분과의 질환의 치료에 적용 가능한 확장성을 지닌 Multi-purpose 로봇으로 발전해갈 것이다. 한편, 술기적으로는, 로봇 술기의 정립과 표준화를 통해 임상적 효과를 더욱 향상시키는 것이 필요하다. 기존에 정립된 RIRS 술기를 로봇에 적용하기 위한 시도에 국한되지 않고 로봇 수술에 최적화된 방법을 새로이 찾아내고 정립하는 것이 필요하다. 또한, 술기를 정량화하고, 측정하고, 기록해 재현할 수 있는 로봇의 이점을 활용한 효과적인 트레이닝 방식을 개발하는 것이 중요할 것이다.
3. 결론
연성 요관내시경 분야에 로봇 기술이 도입되기 시작하며 내시경의 안정적이고 정밀한 조종, 시술자의 얼고노믹스 개선과 방사선 노출량 감소와 같은 이점을 통해 시술자가 용이하고 안전하게 수술을 수행할 수 있는 가능성을 보이고 있다. 환자 관점에서의 임상적 이점의 입증, 수술방 운용 용이성 개선, 비용 대비 효과성과 같은 과제가 남아 있지만, da Vinci 로봇수술기가 복강경 수술 분야에서 그랬듯, 기술과 술기의 지속적인 발전과 성숙을 통해 로봇 수술이 연성 요관내시경 수술 분야에서 효과적인 치료 옵션으로 자리매김하는 날이 도래할 것으로 생각한다.
