초록 ▼

[최종목표내용]
현재 경항문 내시경 미세수술 (transanal endoscopic microsurgery, TEM) 시술용 장비는 매우 소수의 외국계 기업들에서만 판매되고 있으며 대당 수천만 원에서 억대에 이를 정도로 고가이다. 또한 기존 TEM 장비는 고정된 직선 원통형으로 되어 있어 인체의 해부학적 구조에 부적합하고 주변 장기에 손상을 입힐 위험성이 증가한다. 이러한 문제들을 해결하기 위하여 본 연구는 한국인의 체형에 맞는 인체공학적 다굴절 TEM 장비를 개발하는 것을 목표로 수행되었다.
[연구내용]
우선 한

[최종목표내용]
현재 경항문 내시경 미세수술 (transanal endoscopic microsurgery, TEM) 시술용 장비는 매우 소수의 외국계 기업들에서만 판매되고 있으며 대당 수천만 원에서 억대에 이를 정도로 고가이다. 또한 기존 TEM 장비는 고정된 직선 원통형으로 되어 있어 인체의 해부학적 구조에 부적합하고 주변 장기에 손상을 입힐 위험성이 증가한다. 이러한 문제들을 해결하기 위하여 본 연구는 한국인의 체형에 맞는 인체공학적 다굴절 TEM 장비를 개발하는 것을 목표로 수행되었다.
[연구내용]
우선 한국인의 해부학적 특징에 맞는 시스템을 개발하기 위하여 본 연구진의 영상의학과 및 공학자들이 남녀 한국인 250명의 자기공명영상의 영상 데이터 자료를 수집 후, 골반강의 형태 및 해부학적 특징을 분석 후 DB화 하였다. 그리고 다굴절 경항문 수술 장치의 전 단계로서 단모듈 장치를 우선 개발하고, 개를 대상으로 한 동물실험에서 성공적인 결과를 보였다. 이어 본격적으로 다굴절 경항문 수술 장치를 개발하기 위하여, 첫째, 환자의 복부전산화단층촬영을 3차원 볼륨 데이터로 재구성한 후, 3D 시뮬레이션을 통하여 TEM 시술 공간 크기 및 형태를 분석하였다. 둘째, 인체공학적 다굴절 TEM 모듈 및 장비를 설계하였다. 이 다굴절 TEM 장비는 기본적으로는 뱀로봇과 같은 형태를 띠며, 직경을 최소화하기 위하여 일반 뱀 로봇과는 달리 말단에 장착된 핸들을 손에 잡고 조작하는 하이브리드 방식의 특징을 갖도록 하였다. 일반 내시경과 같은 특징으로서는, 장비의 핸들을 잡고 인체에 삽입하며 장비의 말단에 부착된 카메라 시스템을 이용하여 삽입될 장비가 진행할 방향을 조정하는 것이라고 할수 있다. 또한 로봇과 같은 특징으로서는 진행에 있어 중간의 모듈들이 시술자가 조정한 헤드부분에서의 방향을기억하고 있다가 전후진시에 그 형상을 그대로 유지하도록 하여 시술자가 그 다굴절 TEM 장비의 형상을 만들기 위하여 다굴절의 관절 하나하나를 조절할 필요가 없도록 한 것을 들 수 있다. 부차적으로 본 연구를 통해 개발된다굴절 TEM 장비에서는 일반적인 로봇형 수술 장비에서 어려움을 겪게 되는 좌표계 정합문제를 해결하기 위하여 홀센서의 배열을 사용하여 다굴절 TEM 장비가 인체 내부에 삽입된 깊이를 측정할 수 있는 게이트 시스템을 독자적으로 개발하여 적용하였으며, 장비의 설치, 외부 장치의 연결 및 시술 시 집도의의 편의성을 높일 수 있도록 설계하였다.
[연구성과내용]
본 연구의 결과 개발된 최종 시제품 장치를 활용하여 돼지 3마리에 대하여 생체 전임상 동물실험을 실시하고, 2구의 시체에 대하여 실험을 추가 실시하여 그 효용성을 검증하였다. 개발된 기술은 현재 국내특허 1건 출원, SCI 급 논문 1건 게재된 상태이며, 그 외 다수 학회에서 내용을 발표하였다. 현재 누적된 실험 결과들은 추후 SCI 논문으로 지속적으로 발표될 것이다.
[기술측면내용]
본 연구는 향후 본격적 경항문 내시경 미세수술 장비의 개발을 위한 기술 및 기반 특허 확보를 하였으며, 추가적인 개선을 통해 다양한 부위의 무 흉터 내시경 수술에 응용이 가능할 것이다.
[사회문화측면내용]
또한 고가의 외산 TEM 장비의 국산화를 통하여 국내 시장을 확보할 수 있는 가능성을 열었으며, 개발된 장비가 상용화 될 경우 한국인과 유사한 체형의 아시아 의료 시장으로의 수출도 가능하리라 본다.
[활용방안내용]
본 연구결과는 지속적 발전을 통해 NOTES관련 장비의 국산화 및 선진화에 활용될 것이다.

Abstract ▼

[Research Objective]
Transanal endoscopic microsurgery (TEM) devices are sold by few foreign companies, and the prices range from tens of to hundreds of thousands dollars. Furthermore, conventional TEM devices have the shape of a fixed cylinder that is not proper for the human anatomical structur

[Research Objective]
Transanal endoscopic microsurgery (TEM) devices are sold by few foreign companies, and the prices range from tens of to hundreds of thousands dollars. Furthermore, conventional TEM devices have the shape of a fixed cylinder that is not proper for the human anatomical structure, and increases the risk to harm the nearby organs. To address these problems, this research aims to develop an ergonomic multi-segmental TEM device, which is optimized to fit Korean body structure.
[Research Contents]
To develop a TEM device optimized for Korean, the anatomical structure of Korean was studied. Magnetic resonance imaging (MRI) images of over 250 Korean males and females were collected to analyze anatomical structure of Korean, especially the shape of pelvic cavity, and a database was constructed. Prior to the development of a multi-segmental TEM device, a single module TEM device was developed, which was tested in an animal study on dogs with satisfying results. Then, computed tomography (CT) images of patients were reconstructed in three-dimension and simulations were conducted to analyze the allowed workspace for TEM surgeries. Based on this analysis, a multi-segmental TEM device was developed. The developed device resembles a snake in appearance, and it is held by the operator by the handle for insertion. Such configuration was used to minimize the outer diameter of the device. The developed device can be regarded as a hybrid-type, as it is held and inserted by the operator just like a traditional endoscope. However, the device is a robot, and it can control and record its configuration at each depth, so that the robot can preserve its overall posture. Also, in order to avoid complex coordinate transform, which is often required in robotic surgeries, a novel depth-tracking gate was developed. The device uses an array of hall-effect sensors to accurately track the insertion depth of the multi-segmental TEM device. The whole system is optimized, so that it can be easily installed and used for a surgery.
[Research Outcomes]
The performance and the reliability of the developed device were throughly verified in animal and cadaver studies. Also, the outcome of the research was presented in a numberous domestic and international conferences and one SCI journal paper besides a domestic patent.
[Technical Aspects of Research]
Fundamentals of transanal endoscopic microsurgery was obtained through this research, and they will be used to develop future natural orifice transluminal endoscopic surgery (NOTES) devices.
[Social Aspects of Research]
A low-cost TEM device has the possibility of opening a new market, and it will target asian countries who shares similar anatomical structures with Koreans.
[Future Applications]
The fundamentals obtained in this research will be used to develop a NOTES device to compete with other research teams all over the world.

목차 Contents

• 일반연구자지원사업 최종(결과)보고서 ... 1
• 목 차 ... 2
• Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 3
• (국문) ... 3
• (영문) ... 4
• Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 5
• 1. 연구과제의 개요 ... 5
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 5
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 6
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 7
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 7
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 7
• Ⅲ. 연구성과 ... 8