『감각의미래』-5장 '촉각' 의사가 없는 수술실 서평
5장 <촉각-의사가없는 수술실>은 우리나라에도 많이 쓰이고 있는 다빈치 수술 시스템으로 내용을 이끌어간다. 다빈치 로봇에 대한 이해가 필요하므로 로봇작동에 관하여 먼저 설명하였다. 압력과 질감을 아우르는 촉감에 관한 내용을 간추려 설명하였다. 원격수술과 뇌 인공보철에 대한 논제를 통해 미래 의료에 대해 개인적 의견으로 추측해 보았다.
다빈치 로봇 수술장면고도로 훈련된 의사의 손과 환자 사이에 기계가 필요한 이유는 무엇일까?
다빈치 로봇은 약 2m의 높이로 무게가 544kg이나 나가는 거대한 물체다. 본체에는 4개의 팔이 붙어 있다. 가운데 있는 팔에는 환자의 몸속을 들여다보는데 사용하는 복강경 카메라가 붙어 있고, 그 주위로 수술용 기구를 다루는 팔이 3개가 더 붙어 있다. 그렇다면 실제로 수술은 어떻게 하는 것일까? 다빈치는 의사의 손동작을 그대로 흉내 낼 수 있도록 만들어져 있다. 양쪽 손의 엄지와 검지를 수술 콘솔 안 골무에 끼우고 움직이면 로봇팔에 붙어 있는 수술 집게도 그대로 움직인다. 밑에 있는 발판을 밟고 팔을 앞, 뒤로 움직이면 로봇팔도 따라서 작동한다. 단지 사람 손처럼 촉각 느낄 수 없다는 게 가장 큰 문제다. 손으로 환부를 꿰매던 실을 잡아 당겨보면 팽팽한 느낌을 알 수 있지만, 다빈치로 수술할 때는 그런 것을 느낄 수 없다. 화면상 실이 당겨짐을 보고 시각적으로 짐작을 할 뿐이다. 그럼에도 로봇을 이용해 수술하는 이유는 기계를 사용해 수술할 경우 사람의 몸에 단지 3개~5개 정도의 구멍을 뚫는다. 칼로 개복수술 하는 수술보다 훨씬 상처가 적다. 로봇수술을 받으면 환자의 회복이 훨씬 빠른 이유이다. 다빈치를 이용해 수술할 경우 가장 큰 이점은 환자의 몸속을 훤히 들여 볼 수 넓은 수술 시야이다. 3D 카메라로 환자의 몸속을 비춰 보여주니 입체화면처럼 멀리 있는 곳과 가까이 있는 곳을 구분할 수 있고, 수술하는 곳을 10배까지 확대해서 보는 것도 가능하다. 의사가 시야를 확보하기 위해 환자의 몸에 더 큰 상처를 내는 일이 없어진 것이다.
시각을 촉각으로 치환하다
로봇공학과 신경 보철 분야는 비전을 공유한다. 입력과 판독이 연동되게 함으로써 동작이 자연스러워지게 하고, 로봇을 통해 전달되는 감각이 실제 손을 통해 전달되는 것과 동일하게 만들어 주는 것이다. 로봇공학 용어로는 ‘투명성 transparency’라고 부르고 신경 보철 용어로는 ‘짧은 지연시간 low latency’라고 부른다. 의사의 동작을 기계에 전달하는 문제는 이미 해결되었다. 하지만 수술기구에 환자의 몸이 어떻게 반응하는지는 촉각으로 느낄 수 없기 때문에 시각에 의존한다. 이러한 수술 중 시각의 몰입은 ‘감각치환 sensory substitution’을 일으켜 마치 촉각을 느끼는 듯한 착각을 일으킨다. 다빈치 로봇이 실제로 촉각을 전달하지 못하는데 아직 의료계에서 수술적 기능을 하는 것을 이러한 이유 때문이다.
힘 전달의 중요성
‘감각치환’ 시각적 단서를 통해 얼마나 힘이 들어갔는지 파악하는 법을 배워 수술을 진행하지만 직접 힘을 전달받는 것이 더욱 효과적이라고 한다. 하지만 기계를 조작하는 느낌이 아니라 직접 조직을 만지는 것처럼 느끼게 하는 기술은 아직 갈 길이 멀다. 기술연구를 통해 실제 손이 느끼는 감각까지는 아니더라도 의사가 수술할 때 느끼는 촉각을 향상시킬 수는 있을 것이다. 촉각은 체감각 (피부와 근육을 통해 느끼는 모든 감각)에 속한다. 체감각에는 체온도 포함되며 피부 온도가 올라가고 떨어지는 것을 감지하는 온도 수용체가 두 가지 있다. 근육과 관절에도 감각기관이 있다. 하지만 ‘촉각’은 구체적으로 압력을 감지하는 방식을 뜻한다.
그렇다면 기구를 얼마나 깊이 눌렀는지 손을 밀어 알려주는 인터페이스를 만들어 의사에게 힘을 전달하면 되지 않을까? 문제는 안전성이다. 힘이 전달하기까지 시간차가 있으면 사용자와 로봇 사이에 오차가 생긴다. 예를 들어 눌러도 로봇이 아무 반응이 없으면 사용자는 또 누르게 되고, 로봇은 두 번의 신호를 수신해 힘이 지나치게 가해지는 것이다. 이는 수술 중에 절대 발생해서는 안 되는 일이다. 차후 피부 신축성을 통해 힘이 전달될 수 있음이 입증되면 이런 오류의 위험은 사라질 것이다.
다빈치 로봇팔원격수술
다빈치 수술 시스템을 개발한 인튜이티브 서지컬이 사업을 시작할 무렵 미국 정부는 이미 로봇 연구비를 보조하고 있었다. 전시에 군을 위한 이동식 설비를 개발함으로써 의료진이 멀리서 안전하게 수술하려는 목적이었다. 원격수술이란 멀리 떨어져 조종한다는 개념도 포함되어 있다. 이론적으로 의사는 군뿐만 아니라 바다, 우주에서도 수술 할 수도 있는 것이다. 도시의 의사가 시골이나 다른 나라의 환자들을 진료할 수도 있다. 하지만 이 모든 좋은 아이디어를 실행시키기는 힘들다. 첫 번째 이유는 지연반응이라는 문제이다. 현재 다빈치 로봇의 유선 케이블은 20ｍ 정도인데, 거리가 멀어지면 반응시간의 차가 생기고 조작하는 사람은 필요 이상으로 움직이게 되며 시스템 역시 필요 이상으로 작동한다. 우리가 인터넷이 잘 안 터지는 곳에서의 렉현상이나 버퍼링이 느려지는 걸 생각하면 이해가 빠를 듯하다. 또한, 태양의 흑점이나 기타 천재지변, 수술이 이루어지는 곳의 기반시설 빈약함으로 문제가 생길 위험도 있다.
맺음말
두뇌-컴퓨터 인터페이스를 통해 뇌에 미세 전극을 이식하여 정보를 판독하고 입력하는 기술을 갖추게 되면 온갖 기술로 발전할 수 있다. 예를 들어 뇌졸중으로 어느 부분의 뇌세포가 죽었다고 하자. 손상된 부분이 주로 무슨 기능을 하였는지 알면 장치를 이식해서 그 기능을 흉내 낼 수 있는 것이다. 시각, 근육, 청각처럼 뇌에도 인공보철을 장착하는 것이다.이러한 연구는 마비 환자, 알츠하이머, 치매, 신경 퇴행성 같은 노화성 질병에도 적용되어 새로운 의료분야를 열 것이다.
아직은 공상 영화처럼 로봇이 스스로 생각하고 치료하기는 어려운 일이다. 앞으로도 로봇은 외과 의사를 도와 더 효과적인 효과를 낼 수 있는 기구로 남을 것 같다. 그러나 로봇의 장점을 이용해 더 나은 치료방법을 발전시키려는데 그 의의가 있다. 뇌 인공보철을 통해 수많은 부상과 질병에 적용되며 원격치료도 가능해진다면, 인류는 한 단계 더 진보하여 새로운 의료분야가 형성될 거로 생각한다.
