생검 및 치료용 바늘 삽입형 영상중재시술 로봇시스템 개발을 위한 전임상 동물실험 Pre-clinical Animal Experiment for Development of Needle Insertion Type Image-based Interventional Robotic System for Biopsy and Treatment원문보기
최근 공학기술의 발전으로 전산화단층촬영장치(Computed Tomography)와 초음파장치(Ultrasonography)를 이용한 생검(Biopsy)이 다양한 부위에 적용되고 있으며, 최소 침습적이면서 짧은 시술 시간은 환자와 시술자 모두에게 선호되는 필요한 기술이 되었다. 본 연구에서는 동물을 대상으로 전산화단층촬영장치를 이용하여 개발중인 복부 및 흉부 병소 생검 및 치료용 바늘 삽입형 영상중재시술 로봇시스템(Robot assisted Biopsy)을 이용한 생검 방법과 고식적 생검(Coventional Biopsy) 방법의 비교 및 ...
최근 공학기술의 발전으로 전산화단층촬영장치(Computed Tomography)와 초음파장치(Ultrasonography)를 이용한 생검(Biopsy)이 다양한 부위에 적용되고 있으며, 최소 침습적이면서 짧은 시술 시간은 환자와 시술자 모두에게 선호되는 필요한 기술이 되었다. 본 연구에서는 동물을 대상으로 전산화단층촬영장치를 이용하여 개발중인 복부 및 흉부 병소 생검 및 치료용 바늘 삽입형 영상중재시술 로봇시스템(Robot assisted Biopsy)을 이용한 생검 방법과 고식적 생검(Coventional Biopsy) 방법의 비교 및 동물실험을 위한 프로토콜을 개발하였다. 이를 위해 6마리의 Hanford 계통(F, 40 kg) 돼지를 6차례에 나눠 3명의 시술자가 각각 2마리씩, 1마리당 로봇 생검 방법 10회, 고식적 생검 방법 10회로 총 60쌍의 실험을 진행하였다. 대상은 흡입 마취제인 Isoflurane을 이용하여 유지 마취를 하였고, 자발적인 호흡을 조절하고 근이완을 시키기 위해 골격근 이완제 succinylchoine (50 mg/mL)을 함께 사용하였다. 로봇과 대상은 Optical Tracking System (Polaris Spectra®; NDI, Canada)을 이용하여 로봇의 좌표계와 전산화단층촬영장치의 좌표계를 공간 정합하였고, 임의의 병소를 만들기 위해 Nickel wire를 직경 0.9 mm, 길이 3 mm로 제작하여 삽입하고 이를 Target marker로 지정하였다. 로봇 생검 방법은 시술자가 검사를 진행한 후 얻은 영상을 기반으로 Marker를 향한 바늘 삽입 경로 계획을 세우고, 조종실(Console room)에서 전산화단층촬영장치 투시 진단(Fluoroscopy)기능을 통해 조이스틱을 이용하여 원격으로 바늘을 삽입하였다. 고식적 생검 방법은 Guide wire를 대상에 부착 후 검사를 진행하고, 얻은 영상을 기반으로 Marker를 향한 바늘 삽입 경로 계획을 세우고 Step-and-Shoot의 방식으로 바늘을 삽입하였다. 두 방법 모두 바늘 끝단과 Marker 끝단의 거리가 10 mm 내에 인접할 때까지 삽입하였다. 바늘 삽입 순서는 고식적 생검 방법 후 로봇 생검 방법, 로봇 생검 방법 후 고식적 생검 방법의 순으로 진행하였으며, 앞선 방식이 수직이면 다음 방식은 각도를 주어 앞선 방식에 의한 바늘 삽입 경로가 다음 삽입 경로에 미칠 영향을 최소화 하였다. 전산화단층촬영장치를 통해 얻어진 영상의 문턱값(Threshold)을 이용하여 바늘과 Marker의 Mask를 만들어 바늘 끝단과 Marker 끝단의 거리, 각도를 측정하였고 시술시간, 방사선량 그리고 10 mm 내에 도달하기 위한 CT 촬영 횟수를 측정하였다. 로봇을 이용한 생검 방법이 고식적 생검 방법에 비해 열등하지 않음을 증명하기 위해 비열등성 검정(Non-inferiority test)을 시행하였다. 거리, 각도, 시술 시간, 방사선량 그리고 10 mm내에 도달하기 위한 CT촬영 횟수의 비열등성 한계(Margin of non-inferiority,Δ)는 사전에 영상의학과 전문의로부터 자문을 받아 각각 2 mm, 2 °, 180 sec, 150 mGy·cm, 1 number로 지정하였다. 로봇 생검 방법과 고식적 생검 방법을 통해 60쌍으로부터 얻어진 값들의 차의 95%신뢰구간은 각각 (-1.57, 0.56) mm, (-1.18, 1.1) °, (36.75, 165.3) sec, (62.97, 134.7) mGy·cm, (0.28, 0.68) number 이다. 얻어진 95% 신뢰구간의 최대값 모두 비열등성 한계보다 낮은 결과를 보였으며 이로 인해 로봇 생검 방법이 고식적 생검 방법에 비해 열등하지 않음을 알 수 있었다. 본 연구에서는 임상에서 사용되는 고식적 생검 방법과 로봇 생검 방법을 비교하여 로봇을 이용한 생검 방법이 전자에 비해 열등하지 않음을 증명하였을 뿐만 아니라, 동일한 조건의 실험 재현성을 확보할 수 있는 로봇을 이용한 동물실험 프로토콜을 개발하였으며 이를 통해 로봇시스템의 임상 환경 적합성과 임상적 유용성을 확인할 수 있었다. 시술자에게 로봇에 대한 사전 교육이 충분히 이루어진다면 로봇은 상대적으로 경험이 적은 시술자도 경험이 많은 시술자에 필적할 만한 생검 능력을 갖게 해줄 것이고, 시술 시간 감소와 피폭 저감을 향상 시켜줄 수 있을 것이며, 본 연구를 통해 얻은 결과보다 더 좋은 결과를 얻을 수 있으리라 예상된다.
최근 공학기술의 발전으로 전산화단층촬영장치(Computed Tomography)와 초음파장치(Ultrasonography)를 이용한 생검(Biopsy)이 다양한 부위에 적용되고 있으며, 최소 침습적이면서 짧은 시술 시간은 환자와 시술자 모두에게 선호되는 필요한 기술이 되었다. 본 연구에서는 동물을 대상으로 전산화단층촬영장치를 이용하여 개발중인 복부 및 흉부 병소 생검 및 치료용 바늘 삽입형 영상중재시술 로봇시스템(Robot assisted Biopsy)을 이용한 생검 방법과 고식적 생검(Coventional Biopsy) 방법의 비교 및 동물실험을 위한 프로토콜을 개발하였다. 이를 위해 6마리의 Hanford 계통(F, 40 kg) 돼지를 6차례에 나눠 3명의 시술자가 각각 2마리씩, 1마리당 로봇 생검 방법 10회, 고식적 생검 방법 10회로 총 60쌍의 실험을 진행하였다. 대상은 흡입 마취제인 Isoflurane을 이용하여 유지 마취를 하였고, 자발적인 호흡을 조절하고 근이완을 시키기 위해 골격근 이완제 succinylchoine (50 mg/mL)을 함께 사용하였다. 로봇과 대상은 Optical Tracking System (Polaris Spectra®; NDI, Canada)을 이용하여 로봇의 좌표계와 전산화단층촬영장치의 좌표계를 공간 정합하였고, 임의의 병소를 만들기 위해 Nickel wire를 직경 0.9 mm, 길이 3 mm로 제작하여 삽입하고 이를 Target marker로 지정하였다. 로봇 생검 방법은 시술자가 검사를 진행한 후 얻은 영상을 기반으로 Marker를 향한 바늘 삽입 경로 계획을 세우고, 조종실(Console room)에서 전산화단층촬영장치 투시 진단(Fluoroscopy)기능을 통해 조이스틱을 이용하여 원격으로 바늘을 삽입하였다. 고식적 생검 방법은 Guide wire를 대상에 부착 후 검사를 진행하고, 얻은 영상을 기반으로 Marker를 향한 바늘 삽입 경로 계획을 세우고 Step-and-Shoot의 방식으로 바늘을 삽입하였다. 두 방법 모두 바늘 끝단과 Marker 끝단의 거리가 10 mm 내에 인접할 때까지 삽입하였다. 바늘 삽입 순서는 고식적 생검 방법 후 로봇 생검 방법, 로봇 생검 방법 후 고식적 생검 방법의 순으로 진행하였으며, 앞선 방식이 수직이면 다음 방식은 각도를 주어 앞선 방식에 의한 바늘 삽입 경로가 다음 삽입 경로에 미칠 영향을 최소화 하였다. 전산화단층촬영장치를 통해 얻어진 영상의 문턱값(Threshold)을 이용하여 바늘과 Marker의 Mask를 만들어 바늘 끝단과 Marker 끝단의 거리, 각도를 측정하였고 시술시간, 방사선량 그리고 10 mm 내에 도달하기 위한 CT 촬영 횟수를 측정하였다. 로봇을 이용한 생검 방법이 고식적 생검 방법에 비해 열등하지 않음을 증명하기 위해 비열등성 검정(Non-inferiority test)을 시행하였다. 거리, 각도, 시술 시간, 방사선량 그리고 10 mm내에 도달하기 위한 CT촬영 횟수의 비열등성 한계(Margin of non-inferiority,Δ)는 사전에 영상의학과 전문의로부터 자문을 받아 각각 2 mm, 2 °, 180 sec, 150 mGy·cm, 1 number로 지정하였다. 로봇 생검 방법과 고식적 생검 방법을 통해 60쌍으로부터 얻어진 값들의 차의 95%신뢰구간은 각각 (-1.57, 0.56) mm, (-1.18, 1.1) °, (36.75, 165.3) sec, (62.97, 134.7) mGy·cm, (0.28, 0.68) number 이다. 얻어진 95% 신뢰구간의 최대값 모두 비열등성 한계보다 낮은 결과를 보였으며 이로 인해 로봇 생검 방법이 고식적 생검 방법에 비해 열등하지 않음을 알 수 있었다. 본 연구에서는 임상에서 사용되는 고식적 생검 방법과 로봇 생검 방법을 비교하여 로봇을 이용한 생검 방법이 전자에 비해 열등하지 않음을 증명하였을 뿐만 아니라, 동일한 조건의 실험 재현성을 확보할 수 있는 로봇을 이용한 동물실험 프로토콜을 개발하였으며 이를 통해 로봇시스템의 임상 환경 적합성과 임상적 유용성을 확인할 수 있었다. 시술자에게 로봇에 대한 사전 교육이 충분히 이루어진다면 로봇은 상대적으로 경험이 적은 시술자도 경험이 많은 시술자에 필적할 만한 생검 능력을 갖게 해줄 것이고, 시술 시간 감소와 피폭 저감을 향상 시켜줄 수 있을 것이며, 본 연구를 통해 얻은 결과보다 더 좋은 결과를 얻을 수 있으리라 예상된다.
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