가상 수술계획 시스템
가상 수술계획 시스템
  • 유희천 / 산경 교수
  • 승인 2013.01.01 21:30
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국내 최초 가상 간 수술계획 시스템 Dr. Liver 개발

우리대학 산업경영공학과 인간공학설계기술연구실과 전북대 간담췌이식외과는 국내 최초로 일반 외과 의사들이 간 수술 시 유용하게 활용할 수 있는 가상 간 수술 계획 시스템(virtual liver surgery planning system)인 Dr. Liver(그림 1)를 개발해 지난 9월 상용화를 거쳐 임상에 활용 중에 있다.
 

   
▲그림 1 Dr.Liver 화면

간암 및 간 수술 통계 정보
한국중앙암등록본부의 2009년 우리나라 암 등록 통계에 의하면, 간암은 우리나라 남성들이 위암, 대장암, 그리고 폐암에 이어 인구 10만 명당 47.9명의 발생률로 네 번째로 가장 많이 걸리는 암이고, 5년 이내 생존율은 췌장암과 폐암에 이어 25.1%의 생존율로 세 번째로 가장 위험한 암이다. 국민건강보험공단 및 국립장기이식관리센터의 통계에 의하면, 국내에서는 1959년에 간 절제술과 1988년에 간 이식술이 처음으로 시행된 이후 간 절제술과 간 이식술 건수는 최근 3년간 연평균 15.2%의 증가율로 지속적으로 증가해왔다(그림 2). 국내 간암 사망률은 인구 10만 명당 25.8명으로 미국 3.8명, 일본 13명에 비해 현저히 높다(그림 3).

 

 

   
▲그림 2 국내 간 수술 통계

 

 

   
▲그림 3 OECD 국가별 간암으로 인한 인구 10만 명당 사망률

 

간의 기능 및 해부학적 구조
간은 몸의 독성 물질들을 체외로 배출시키고, 여러 단백질을 합성해 보급해주며, 생체 활성 물질을 생성하고, 식균 작용을 하며, 간 조직의 70%를 절제해도 원래 크기로 회복될 만큼 재생능력이 뛰어난 장기이다. 간의 가장 큰 특징 중 하나는 혈액 공급을 이중으로 받는다는 점이다. 일반 장기들은 혈액이 동맥을 통해 들어와 모세혈관을 거쳐 산소와 영양분 등을 교환한 후 정맥으로 나가게 돼 있다. 반면, 간은 간동맥(hepatic artery)과 문맥(portal vein)의 두 혈관으로부터 혈액을 공급 받은 후 간정맥(hepatic vein)을 거쳐 하대정맥(inferior vena cava)으로 혈액을 내 보낸다. 간동맥을 통해서는 산소가 풍부한 동맥혈이 유입돼 간세포에서 산소와 이산화탄소의 교환이 이뤄지고, 문맥을 통해서는 위와 장에서 흡수된 영양분들이 포함된 정맥혈이 유입되어 간세포에서 영양분의 가공처리 및 저장, 그리고 독소의 해독이 이뤄지도록 한다.
 
간질환, 증상, 예방
간은 다른 장기와 달리 신경세포가 없어 기능이 저하돼도 자각 증상이 거의 없어 “침묵의 살인자”로 불리며, 일단 증상이 나타나 병원을 찾았을 때는 간경변이나 간암까지 진행된 경우가 많다. 간암은 암의 크기와 개수, 주변의 혈관이나 림프절 혹은 다른 장기로 암세포가 전이됐는지의 여부에 따라 진행 단계가 나눠지며, 초기에 발견하면 생존율이 80%로 높지만 암이 여러 개이고 혈관을 침범한 경우 생존율이 20%이하로 낮아진다. 간에 이상이 생기면 피로를 쉽게 느끼고, 자고 나면 온몸이 부으며, 지방이 잘 소화되지 않고, 변이 검푸르거나 회색 혹은 피가 섞여 나오기도 한다. 그리고 소변은 노란 빛이 짙어지고, 눈의 흰자위가 노랗게 변화고 피부도 노랗게 변하다가 계속 진행되면 까맣게 변한다. 간질환을 예방하려면 간암의 가장 큰 위험인자인 만성 B형 간염에 대한 예방 접종을 하고, 습관적이고 무리한 과음을 피해야 하며, 정기적인 검진을 통해 초기에 발견하는 것이 최선이다.
 
Dr. Liver의 주요기능 및 특징
개발된 Dr. Liver는 복잡한 간의 해부학적 정보와 종양에 대한 정보를 신속하고 정확히 제공해 간 수술의 안전성과 성공률을 높이는데 유용하다. Dr. Liver는 의사에게 CT 영상을 기반으로 간 용적, 간 혈관 구조, 종양의 위치 및 크기, 종양 부위의 간 구역 정보 등 간 수술에 필요한 정보를 제공해 환자의 상태를 효과적으로 분석하고 최적의 수술을 계획할 수 있게 도와준다(그림 4). 또한, Dr. Liver는 “간 추출→간혈관 추출→종양 진단→간 구획화→수술계획”으로 이어지는 전 과정을 의사들이 쉽게 사용할 수 있도록 인간공학적으로 설계 됐다. 특히, 간 용적 정보를 오차범위 3% 이내의 정확성을 갖고 산출할 수 있고, 복잡한 간 해부학적 정보를 20분 이내의 빠른 시간 내에 분석하여 제공할 수 있어 시간을 다투는 임상 현장에서 유용하게 활용될 수 있다.
 

   
▲그림 4 Dr. Liver의 주요 기능

Virtual Surgery Planning
System(VSPS)의 유용성
환자의 상태를 분석하고 진단하기 위해 CT 또는 MRI 영상을 사용해 3차원으로 장기 또는 골격 구조를 시각화하는 가상 수술계획 시스템(Virtual Surgery Planning System, VSPS)들이 IT 기술의 발달에 힘입어 1980년대 이후 본격적으로 개발돼 사용되고 있다. 의사가 VSPS를 활용하면 환자의 병소(病巢)를 정확히 진단하고 관련 해부학적 정보를 파악해 합리적인 수술방향과 계획을 수립할 수 있다.

 

범용 VSPS의 한계
현재 범용적으로 사용되고 있는 VSPS로는 Infinitt사의 Rapidia, Toshiba사의 Voxar3D, Fujifilm사의 Synapse Vincent, Siemens사의 Syngo 등과 같은 고가의 system과 Pixmeo사의 OsiriX와 같은 freeware system이 있다. 그러나 이러한 범용 system들은 간 수술을 위해 필요한 여러 정보를 분석하는 특화된 기능들을 제공하지 않아, 간 용적 산출에만도 30분 정도의 상당한 수작업 시간(Dr. Liver의 경우 반자동으로 5분 이내)이 소요되고, 간 혈관들에 대한 고급 정보 분석은 불가능해서 의사들은 단지 시각화된 CT 영상만을 참고하고 있다.
 
외국의 간 특화 VSPS 현황
외국의 경우 간에 특화돼 개발된 독일 MeVis Medical Solutions AG사의 LiverAnalyzer가 있으나 판매되고 있지 않고 있고 원격 서비스(distance service)를 통해서만 분석 결과를 제공하고 있다. LiverAnalyzer를 활용한 원격 서비스 요금은 CT 영상 제공 후 3일 이내 분석 결과 제공 시 €559(한화 84만원; 1일 이내 제공 시 급행료로 €150 추가)로서 고가의 요금과 상당한 소요시간으로 시급을 다투는 환자에 대한 활용에는 한계가 있다.
 
Dr. Liver의 시장 경쟁력 및 향후 계획
Dr. Liver는 저가(license당 1,000만 원)로 병원에 공급되고 있으며, 30분 내외로 환자의 간 정보를 분석해 의사가 안전하고 합리적인 간 수술 계획을 세울 수 있도록 도와준다. Dr. Liver는 간 수술에 필요한 정보를 정확하고 빠르게 추출할 수 있도록 특화된 기능들이 구현돼 있으며, 사용자인 의사가 용이하게 배우고 사용할 수 있도록 인간공학적으로 설계돼 있다. Dr. Liver는 2009년 4월부터 시작해 총 3년 6개월 만에 개발 완료됐으며, 지난 3월 포스텍에서 개최된 제7차 간해부 워크숍에서 시연됐다(그림 5). 국내 임상 현장에서 Dr. Liver가 안정하게 사용되면 세계 시장으로 진출할 예정이다.

   
▲그림 5 우리대학에서 개최된 제7차 간 해부 워크숍에서의 Dr. Liver 사용 설명회


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