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“Robin” aims to take robotic knee surgery to a new level

The Italian-based medical technology company Orthokey developed its robotic system “Robin” in order to support orthopedic surgeons in the operating room. Based on the LBR Med from KUKA, the system enables precise robotic-assisted surgery for total knee arthroplasty due to its navigation system.


‘Robin’을 통한 무릎 수술의 정밀도 향상

수술의 성공 여부는 종종 집도의의 경험과 기술에 달려 있으며, 수술이 복잡할수록 집도의의 역할이 더욱 중요해집니다. 수동으로 작업하는 경우 기계 장치를 사용하므로 시간이 많이 걸리고 오류가 발생할 가능성이 높습니다. Orthokey는 ‘Robin’을 통해 첨단 컴퓨터 보조 정형외과 수술의 새 시대를 열고 있습니다. Robin은 정형외과 임플란트를 계획 및 배치하고 정밀한 뼈 절제술을 수행하는 외과의사를 지원하는 수술 중 로봇 시스템입니다. 이를 위해 개별 환자 프로필과 특정 운동학적 및 해부학적 특성을 사용합니다. “우리는 환자에게 여러 개의 트래커를 배치하고, 1mm 미만의 정확도로 카메라로 볼 수 있습니다. Orthokey의 제품 관리자 Simone Bignozzi는”‘Robin’은 외과의사가 절제술을 시행하기 전에 각 환자에게 적합한 임플란트 위치를 계획할 수 있도록 해줍니다라며 ‘Robin’의 원리에 대해 설명했습니다.

시스템의 모든 인터페이스는 복잡한 과정을 사용자에게 간소화하여 로봇 무릎 수술을 더 직관적으로 만듭니다.

기능과 경험이 결정

볼로냐의 정형외과 전문의인 Domenico Alesi 박사는 특히 이 시스템의 사용 편의성을 높이 평가합니다. “‘Robin’은 직관적이고 시각적으로도 매력적입니다. 모든 인터페이스는 사용자의 복잡한 프로세스를 간소화하고 작업을 더 쉽게 만들어 줍니다.” “또한 ‘Robin’은 다양한 임플란트 제조업체와 병원 컨셉을 고려한 모듈식 접근 방식을 기반으로 합니다. 마지막으로, Orthokey는 KUKA의 민감한 경량 로봇 LBR Med를 포함하여 수술실 솔루션에 고품질 부품을 사용하고 있습니다. Orthokey의 엔지니어들은 다양한 로봇을 비교 검토했으며 자체 개발을 고려하기도 했습니다. 그러나 KUKA의 LBR Med가 도입되면서 Orthokey의 ‘Robin’ 프로젝트 CTO인 Maria Pasquini가 언급한 세 가지 이유로 그들을 설득했습니다. “첫째, 로봇 팔은 이미 의료 기기에 쉽고 빠르게 통합할 수 있는 인증을 받았기 때문에 전체 시스템의 인증이 용이했고, 시장에 더 빨리 출시할 수 있었습니다. 두 번째 요소는 7 자유도와 각 관절의 센서로, 수술실에서 로봇의 정확도와 민첩성을 높일 수 있습니다. 셋째, LRB Med는 신뢰할 수 있는 소프트웨어를 갖춘 성숙하고 확립된 솔루션이기 때문에 처음부터 빠르고 효과적으로 작업할 수 있었습니다.”

협업 개발

처음부터 동급 솔루션보다 더 간단하고 작은 시스템을 설계하는 것이 목표였습니다. Orthokey는 베로나 대학교와 협력하여 첫 번째 프로토타입을 개발했습니다. “8개월 만에 개념 증명이 준비되었고, 9개월 후 하드웨어와 소프트웨어 개발이 완료되었습니다. 첫 번째 릴리스가 준비되었고 제품 인증을 위해 인증 기관에 서류를 보냈습니다.”라고 Bignozzi는 ‘Robin’이 수술실로 향하는 험난한 여정을 설명합니다.

먼저 로봇 시스템에 기기를 부착합니다.

전체 과정에서 KUKA의 연구 개발 팀과 긴밀히 협력하며 그들의 경험을 통해 많은 도움을 받았습니다. “KUKA는 의료 분야에서 매우 잘 알려진 로봇 공학 회사이며 수많은 프로젝트에서 얻은 지식을 활용할 수 있다는 점이 분명했습니다. 팀원 개개인의 강한 헌신이 ‘Robin’을 성공으로 이끈 원동력이었습니다.”라고 Pasquini는 강조합니다.

인간과 로봇의 고정밀 협업

그렇다면 ‘Robin’의 개입은 어떻게 이루어질까요? 수술 시작 전 수술실 직원은 사람과 로봇 시스템 간의 원활한 상호작용을 위해 수술실을 꼼꼼하게 준비합니다. 로봇 시스템의 정확한 포지셔닝은 수술 팀과의 원활한 통합과 수술실의 효율적인 기동성을 가능하게 하는 매우 중요한 요소입니다. 수술 내내 원활하고 문제 없는 워크플로우를 위해서는 장치의 정확한 위치 지정과 로봇 시스템의 세심한 보정이 중요합니다.

‘Robin’은 직관적이고 시각적으로도 매력적입니다.

수술 중 외과의사는 적외선 마커를 사용하여 로봇 시스템에 환자의 해부학적 구조를 매핑합니다. 이러한 마커는 환자를 장치에 “표시”합니다. 그러면 시스템이 환자의 해부학적 구조와 위치를 실시간으로 추적하여 수술 과정에서 정확한 정렬과 안내를 보장할 수 있습니다.

환자의 해부학적 구조가 화면에 등록되고 시각화되므로 외과의사는 이제 뼈 절제술을 위한 전략을 정밀하게 계획할 수 있습니다.

환자의 해부학적 구조가 화면에 등록되고 시각화되므로 외과의사는 이제 뼈 절제술을 위한 전략을 정밀하게 계획할 수 있습니다. 환자의 특성을 자세히 시각화하여 시술에 적합한 접근 방식을 개발할 수 있습니다. 계획이 확정되면 로봇 팔이 작동합니다. “첫째, 자동 모드로 작동하며 환자에게 정확하게 접근합니다. 원하는 영역에 도달하면 절차는 협업 단계로 이동합니다. 이 모드에서 외과의사는 로봇 팔이 뛰어난 정확도를 유지하며 수술 과정 내내 커팅 가이드가 정확한 위치를 유지할 수 있도록 ‘Robin’이 잡고 있는 커팅 가이드를 목표 평면에 맞춰 수동으로 조정할 수 있습니다. 이러한 협업 방식은 뼈 절제의 각 단계마다 반복되어 일관된 정밀도를 보장합니다.”라고 Alesi 박사는 의사와 의료 로봇의 협업을 설명합니다.

필요한 모든 뼈 절제가 완료되면 외과의사는 정형외과용 임플란트를 환자에게 배치합니다. 이 마지막 단계에서 그는 로봇 시스템의 화면에서 다리 운동학 및 전체 결과를 면밀히 모니터링합니다. “이 포괄적인 모니터링은 임플란트가 정확하게 식립되고 원하는 수술 결과를 얻을 수 있도록 보장합니다. 외과의사가 수술의 성공 여부를 확인하면 수술이 완료되고 환자는 수술 후 케어 단계로 이동합니다.”라고 Alesi 박사는 말합니다.

수술실의 파트너

‘Robin’이 시장에 출시될 준비가 되었습니다. 현재 Orthokey는 의료기기 규정(MDR)에 따른 인증을 진행 중이며, 인증이 완료되면 다양한 국가에서 추가 승인을 신청할 계획입니다. 예를 들어, 내년에는 미국 식품의약국(FDA)에 승인 신청을 할 예정입니다. “이를 달성하고 시스템을 지속적으로 개선하기 위해 전 세계 여러 레퍼런스 센터와 협력하고 있습니다. 피드백은 꾸준히 긍정적이었습니다. 사용자들은 ‘Robin’의 크기와 무게는 물론 수술 워크플로우의 간소함도 높이 평가합니다.”라고 Simone Bignozzi는 말합니다.

개발자에게는 의료용 로봇이 외과의사의 경쟁자가 아니라 수술실의 보조자로 인식되는 것이 중요합니다. 특히 젊은 외과의사들은 기존 수술에 비해 학습 곡선이 가파르기 때문에 큰 이점이 될 수 있습니다. “‘Robin’은 업무 기회를 제한하는 것이 아니라 관련자들의 기술을 향상시킬 것입니다. 외과의사를 포함한 수술실 직원은 추가 장치와 원활하게 상호 작용하는 방법을 배우게 됩니다. 외과의사는 환자 중심 수술의 이점을 누릴 수 있으며, 특히 수술 횟수가 적은 외과의사의 경우 이상값을 줄일 수 있습니다. 수술실 설정에 영향이 있을 수 있지만 그 영향은 미미할 것입니다. 레지던트와 펠로우에 대한 더 나은 교육, 무릎 수술 절차에 대한 더 나은 이해, 더 신뢰할 수 있는 데이터 수집, 수술 실습의 발전 촉진은 이 시스템의 추가적인 이점이 될 수 있습니다.”라고 Maria Pasquini는 강조합니다.

로봇 시스템을 통해 외과의사는 절제술을 시행하기 전에 환자 개개인에게 적합한 임플란트 위치를 계획할 수 있습니다.

새로운 차원의 로봇 무릎 수술

Domenico Alesi 박사는 또한 ‘Robin’이 외과 수술을 새로운 차원으로 끌어올릴 것이라고 확신합니다. “이 솔루션은 단기간에 수술의 정확성을 개선하고, 수술 동작 수를 줄이며, 집도의 간의 변동성을 줄이고, 재현 가능하고 보다 정확한 결과를 도출하는 것을 목표로 합니다. 이 모든 것이 더 나은 수술 결과로 이어질 수 있습니다. 중기적으로는 이를 통해 수술 절차 및 가장 중요한 영향을 미치는 요인의 검출을 더욱 발전시킬 수 있을 것입니다.”라고 외과의사는 말합니다.

‘Robin’이 시장에 출시될 준비가 되었습니다.

이 시스템의 정확도는 놀랍고 고도로 전문화된 외과의사뿐만 아니라 다양한 의사에게 적합합니다.

볼로냐의 정형외과 전문의 Domenico Alesi 박사, 볼로냐 정형외과 리졸리 연구소(Istituto Ortopedico Rizzoli)
개발자에게는 의료용 로봇이 외과의사의 경쟁자가 아니라 수술실의 보조자로 인식되는 것이 중요합니다.

KUKA의 의료 사업 개발 매니저인 Frédéric Piasek은 이 프로젝트에 큰 기대를 걸고 있습니다. “우리는 Orthokey와 매우 좋은 관계를 맺고 있으며, 열린 파트너십을 유지하고 있습니다. 기술적 과제에 대한 끊임없는 대화 덕분에 솔루션을 점진적으로 발전시킬 수 있었습니다. 또한 잠재적인 발전 가능성에 대해 정기적으로 연락을 취하고 있습니다. Orthokey와의 협력이 앞으로 우리에게 어떤 미래를 가져다줄지 매우 궁금합니다.

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