코로나19의 여파로 가상현실(VR), 증강현실(AR)과 같은 버추얼커넥터(Virtual Connector) 기술이 급진전될 것으로 전망되는 가운데, 분당서울대병원 정형외과 척추분야 연구팀(염진섭·김호중·박상민 교수)이 AR 기술을 적용한 척추수술 플랫폼을 개발해 주목받고 있다.

2017년부터 시작된 이번 연구는 과학기술정보통신부에서 주관하는 ‘가상증강분야 국가전략프로젝트’ 사업으로 진행됐다. 분당서울대병원 정형외과 척추연구팀과 서울대·인하대·숭실대 공과대학, 연세대학교 세브란스병원, 국내 응용소프트웨어 및 광학기술 개발 업체가 함께 AR 기술을 적용한 척수수술용 툴킷을 개발하고, 실시간 영상 합성이 가능한 원천기술을 선보였다.

순수 국내 기술로 개발된 이 플랫폼은 척추 고정에 사용하는 척추경 나사를 인체 구조물 위에 증강현실 기반의 오버레이 그래픽으로 정확하게 실시간 투영시키는 것이 특징이다. 이를 통해 수술 집도의는 수술 부위를 보다 정확하게 파악해 더욱 정교하고 안전한 수술을 할 수 있게 됐다.

사진1. 척추 고정에 사용할 나사못이 들어갈 위치를
오버레이 그래픽으로 환자 수술 부위에 투영시켜 보여주는 모습

집도의가 착용한 안구 촬영용 IR 카메라가 집도의의 시선을 추적해 집중하고 있는 부위를 중점적으로 시각화 할 수 있는데, 증강현실 기반 오버레이 렌더링 시 딥러닝 기술을 이용해 척추체의 분절화(segmentation)를 구현하여 AR 영상의 정확도를 높였다는 점에서 그 동안 발표된 기존 AR 제품들과 차별점이 있다.

사진2. 수술 집도의의 시선에서 오버레이 된 척추가 관찰되고,
이를 이용해 척추경 나사를 삽입하는 모습

또한, 기존에는 수술 기구의 삽입 위치를 확인하기 위해서는 수술 중 방사선 투시기를 이용해 X-ray 영상을 확인해야 했다. 하지만 이 플랫폼을 활용하면 수술 부위에 기구 삽입 위치를 바로 오버레이 시켜 기존의 척추 투시법을 대체할 수 있어, 환자와 의료진이 방사선에 노출되는 것을 획기적으로 줄일 수 있다는 점 또한 장점이다.

이번 연구에 참여한 분당서울대병원 정형외과 박상민 교수는 “증강현실을 이용한 영상유도수술 플랫폼은 척추수술을 비롯한 외과 분야뿐만 아니라 내시경 시술 등 필요한 의료의 전반적 영역에 적용할 수 있을 것”이라며, “앞으로는 이러한 AR 기술 플랫폼을 활용해 보다 정교하고 안전한 수술이 가능해질 것으로 생각되고, AR 및 VR 등을 이용한 수술 교육 프로그램 역시 활성화되어 효과적인 교육 시스템을 구축할 것으로 기대된다”고 말했다.

이어 박 교수는 “이번 연구는 아직 원천기술 확보의 단계이나, VR을 이용한 척추수술 교육 프로그램도 개발해 학생 및 전공의들이 수술을 쉽게 이해할 수 있도록 하고, 추후에는 실제 수술에 적용할 수 있도록 할 계획”이라고 덧붙였다.

사진3. VR 척추수술 교육 프로그램 이미지

한편, 이번 연구를 진행한 산학 연구단은 이번 연구로 확보한 원천기술을 로봇 등의 기술과 접목시키는 방향으로 발전시켜, 실제 임상에 적용 가능한 후속연구를 이어갈 예정이다.