기술발전이 촉발한 2차수술혁명

새로운 미래의 수술방의 모습은?

외과의사들이 본격적으로 의학에 큰 영향을 미치게 된 것은, 앞선 포스트에서 설명한 1차 수술혁명에 의해 현대적인 수술방법이 도입된 이후의 일이다. 현대의 수술을 있게 한 1차 수술혁명인 마취법과 멸균법의 개발, 항생제의 발명과 X-ray의 발견, 그리고 수혈방법의 정립에 의해 심각하게 손상을 입은 장기나 조직으로 접근해서 이를 절제하고, 남은 부분을 최대한 이용하여 최소한의 기능 손상만을 남기도록 하는 여러가지 수술방법이 만들어졌다고 할 수 있다.

사실 수술이라는 것이 말은 거창하게 들릴 수 있지만, 실상 하는 일의 원칙은 어느 수술이나 동일하다.  이를 정리하면,

1.  병든 조직을 제거한다 (대부분 메스나 가위 등을 이용함) 
2.  병든 조직에 접근할 때까지 최대한 정상조직을 상하지 않도록 한다.
3.  어쩔 수 없거나, 또는 의도적으로 혈관 등을 건드렸을 경우 지혈을 한다.
4.  병든 조직을 제거하고 남은 조직들이 최대한 정상적으로 남아 있을 수 있도록 뒷처리를 한다 
    (바늘과 실로 꼬매거나, 정상적으로 지나가야할 통로를 잘라낸 경우 이를 통하게 하거나 - 
     위를 잘라내면 식도와 장을 연결, 혈관을 잘랐으면 혈관의 아래와 위를 연결하는 등의 일)
5.  마지막으로 상처를 봉합한다.

어찌보면 옷이나 기계 같은 것을 수리할 때 이용되는 여러 도구들이 그대로 이용된다는 점에서 일반인들이 생각하는 그런 환상적인 일과는 거리가 좀 있다고 할 수 있다.

그런데, 20세기 후반의 생명과학 및 공학 기술의 발전은 이러한 1차 수술혁명에서 진일보한 '2차 수술혁명'을 가능하게 만들고 있다.  사실 "2차 수술혁명"이라는 용어 자체는 최근의 급격한 수술환경의 변화를 총체적으로 표현하기 위해서 필자가 부르기 시작한 용어지만, 그 정도의 혁명적인 변화가 시작되었다고 본다.  

2차 수술혁명은 환자의 질병이나 손상이 있는 부위를 최소침습적인(minimally invasive) 방법으로 정확하게(accurate) 절개하고 제거한 뒤에 제거한 조직이나 기관의 기능을 정상에 가깝게 기능하도록 복원(restoration)하는 것까지를 목표로 하고 있다. 이를 위해 수 많은 공학 기술이 이미 도입되고 있으며, 앞으로도 2차 수술혁명에 필요한 새로운 공학 기술의 발전이 필요하게 될 것이라고 본다. 2차 수술혁명을 위한 근본적인 목표를 세분화해서 정리하면 다음과 같은 4가지 요소로 정리해볼 수 있다.

최소침습시술/수술 (Minimally Invasive Procedure/Surgery)

최소침습시술 또는 수술은 의학적인 시술이나 수술을 가능한 최소한의 피부절개나 작은 구멍을 뚫거나, 해부학적으로 깊숙히 접근 가능한 우리 몸의 구조(구강, 비강, 항문 등)를 최대한 활용하여 질병이 있거나 손상이 있는 부위에 접근하여 치료를 하는 것을 말한다. 최소침습수술은 환자에게 수술과정에서 생기는 손상을 최소화하기 때문에 통증도 적고, 상대적으로 병원에 입원해 있는 기간이 짧아지게 되며, 회복과 비용의 측면에서도 훨씬 유리하다. 또한, 흉터나 큰 수술로 인한 부작용의 발생가능성도 적어진다.

최소침습시술을 가능하게 만든 가장 큰 공헌자는 광섬유 케이블과 초소형 비디오 카메라, 그리고 최첨단 광학기술로 무장한 첨단 내시경/복강경의 개발이다. 이러한 내시경/복강경을 이용하여 최소한의 상처만을 내고도 질병 부위에 접근할 수 있게 되었고, 이를 통한 여러 가지 수술방법들이 개발되었다. 여기에 최근에는 로봇 수술이나 의학영상 기술이 접목되어 보다 정확한 수술이 가능해지고 있다. 또한 초정밀수술과의 결합도 시도되고 있으며, 독자적으로 움직이는 수술로봇이나 무선조종이 가능한 캡슐내시경과 같은 형태로의 개발도 이루어지고 있는 상황이다.

대표적인 복강경 수술 로봇 Da Vinci from Wikipedia.org

초정밀수술 (Hyper-Accurate Surgery)

초정밀수술은 인간의 눈과 손의 능력만으로는 하기 힘든 매우 작은 단위의 수술적 처치를 말하는 것으로, 쌍안현미경을 수술방에 도입하여 작은 혈관을 잇는 데에서 출발한 미세현미경수술(microsurgery)이 그 발전의 시발점이라고 할 수 있다. 보통 1mm 정도에 불과한 미세혈관접합술은 잘려진 수지를 접합하거나 우리 몸의 일부를 이식하는 과정에서 매우 중요한 수술로 역사적으로 많은 외과의사들이 그 기술을 조금씩 발달시켜 왔다. 처음으로 현미경을 미세혈관수술에 도입한 것은 버몽대학(University of Vermont)의 J. 제이콥슨(J. Jacobson)이라는 혈관의사로 1960년 이비인후과에서 이용하는 현미경을 이용해서 1.4mm 정도 직경의 혈관을 접합하는 수술을 하였으며, 이 때 미세현미경수술(microsurgery)이라는 용어를 처음으로 사용하였다. 

최근의 의공학 기술의 발달로 초정밀수술도 여러가지 형태로 발전하고 있다. 대표적인 것으로는 기존의 미세현미경수술과 최소침습수술 기법의 결합, 보다 정밀한 컨트롤이 가능하도록 도와주는 수술장비의 개발, 최첨단 레이저 기술을 이용하여 세포수준의 조작이 가능해진 나노수술(nanosurgery), 컴퓨터를 이용하여 비침습적인 방사선 조사로 질병이 있는 조직을 선별적으로 제거하는 방사선 수술(radiosurgery) 등을 들 수 있다.

펨토초 레이저를 이용해서 장막에는 손상을 입히지 않고 초점을 맞춰 배아에 수술을 하는 장면 

인공조직 및 장기 (Artificial Tissue and Organ)

전통적인 수술의 목적은 질병이 있거나 손상된 조직이나 장기를 제거하고, 제거된 조직이나 장기의 기능 훼손을 최소화할 수 있도록 주변의 정상 조직과 이어 붙이거나 연결하는 것에 있었다. 그렇기 때문에, 제거를 하고 나면 생명에 위협을 줄 수 있는 필수 조직이나 장기에 질병이나 손상이 있는 경우에는 수술을 하지 못하거나, 일부분에 대한 수술만 시행할 수 있었다. 이러한 한계를 극복하기 시작한 것이 장기 또는 조직이식(organ/tissue transplantation)을 통해서다. 이식이란 파손된 기능을 대체할 목적으로 원래 존재하는 장소에서 다른 장소로 조직 또는 장기를 옮기는 것을 말하는 것으로 자기 자신의 조직 ·장기의 위치를 옮기는 자가이식, 타인의 것을 옮기는 동종이식, 종류를 달리하는 동물로부터 옮기는 이종이식 등이 있을 수 있다.

이식이라는 것 자체는 피부나 골절에 대한 결손을 복원할 목적으로 19세기 중반부터 행해진 오랜 역사를 가지고 있지만, 현대 수술의 역사에서 장기이식의 획을 그은 사건은 1945년 E. K. 란트슈타인과 C.A. 후프나겔이 일란성 쌍생아로부터 신장이식을 한 것이라 할 수 있다. 이를 시작으로 현대에는 동종이식의 경우 심장, 간, 폐, 골수 등 대부분의 핵심장기의 이식이 가능해 졌으며, 현재 임상외과 분야에서 가장 활발한 연구와 수술방법이 연구되고 있는 분야가 되고 있다.

이러한, 동종이식에 기반을 둔 이식의 경우 가장 문제가 되는 것은 필요로 하는 장기나 조직의 공급이다. 뇌사자들의 기증에 의존하고 있는 현재의 공급 시스템으로서는 이식을 필요로 하는 수 많은 환자들의 수요를 충족시키는 것은 사실상 불가능하다. 그렇기 때문에, 필요한 조직이나 장기를 인공적으로 만들어내거나 체외에서 그 기능을 대체하도록 하는 인공조직 및 장기기술은 의공학 및 수술공학에서 가장 중요한 역할을 가진 분야 중의 하나라고 할 수 있다. 인공신장 및 인공심폐장치를 필두로 인공혈관이나 관절, 식도와 혈액에 이르기까지 거의 인체 조직과 장기 전부분에 대한 연구들이 진행되고 있으며, 최근에는 조직공학(tissue engineering) 기술을 바탕으로 줄기세포나 자가세포에 바탕을 둔 재생의학( regenerative medicine)적인 접근도 많이 시도 되고 있다.

미래의 수술방 환경 (Operating Room of the Future)

앞서 언급한 여러 요소들이 최첨단 수술을 위한 새로운 수술도구나 기계, 영상기술 등에 대한 개발 필요성을 강조한 것이라면, 이러한 요소기술의 발전에 따른 수술절차의 질을 높이고 효율성 증진시키기 위한 통합기술의 중요성도 점점 증가하게 된다. 이런 목적으로 2004년 미래의 수술방 환경에 대한 워크샵이 조지타운대학에서 100 여명의 권위있는 의사 및 과학자들의 참여 속에 열렸으며, 여기에서 다음과 같은 5개의 세부분과를 구성하였다.

1. 수술 효율성과 워크플로우 (Operational Efficiency and Workflow)
2. 시스템 통합과 기술표준 (System Integration and Technical Standards)
3. 수술 로봇학 (Surgical Robotics)
4. 수술내 진단과 영상 (Intraoperative Diagnosis and Imaging)
5. 수술정보학 (Surgical Informatics)

이 중에서 3, 4번 세부분과는 앞서서 언급한 요소들과 중복되는 부분들이 있으나, 나머지 3개 분과의 내용은 주로 컴퓨터과학(Computer Scinece)과 산업공학(Industrial Engineering)적인 관점에서 미래의 수술방 환경에 대한 접근을 한 것으로 그 나름대로의 독특한 영역으로 구축되고 있다.

이처럼 기술의 발전은 가장 보수적이라고 하는 수술환경도 크게 바꾸고 있다. 우리가 미래의학에 대해 공부할 때 기술의 발전에 대해서 좀더 심도있게 연구를 해야 하는 이유다.