한림대 임상치의학대학원 치과인공지능로보틱스학과 연구팀, 자기장 이용한 임플란트 수술 도구 위치 추적

한림대학교(총장 최양희) 임상치의학대학원 치과인공지능로보틱스학과 연구팀이 자기장을 이용해 임플란트 수술 도구의 위치를 추적하는 내비게이션 시스템의 정확도를 평가하고, 로봇 팔을 활용한 보정으로 정확도를 크게 높일 수 있음을 확인했다.

 이번 연구는 백세훈 졸업생과 양병은 대학원장이 공동 제1저자, 변수환 학과장이 교신저자를 맡았으며 ‘Preclinical evaluation of a permanent magnetic tracking navigation system for dental implant placement: accuracy assessment and enhancement through robotassisted coordinate calibration’ 제목의 연구 결과가 국제학술지 ‘BMC Oral Health(SCIE, 피인용지수 3.8)’에 9월 26일 게재됐다.

 치과 임플란트 수술에서 가장 중요한 것은 계획한 위치와 각도에 정확히 심는 일이다. 위치가 어긋나면 아래턱 신경이나 인접 치아가 손상되고, 위턱에서는 상악동이 뚫릴 수 있다. 이를 줄이기 위해 CT로 세운 계획대로 드릴이 가고 있는지 실시간으로 보여주는 ‘동적 내비게이션’이 쓰이고 있으며 이는 자동차 내비게이션과 비슷한 방식이다.

 현재 널리 쓰이는 광학식 내비게이션은 카메라가 추적용 표지를 볼 수 있어야 작동한다. 입이 잘 벌어지지 않거나 흡인기·견인기로 수술 부위가 가려지면 추적이 끊길 수 있다. 연구팀이 주목한 영구자석 추적 내비게이션(PMTNS)은 자기장의 변화를 센서로 읽어 위치를 파악하므로 시야가 가려져도 추적이 이어진다.

 다만 자기장 방식은 위치값이 어긋나기 쉽다는 약점이 있다. 연구팀은 로봇 팔 끝에 센서를 달고 가로·세로·높이 각 100mm 공간의 무작위 200개 지점에서 시스템이 읽은 위치와 로봇의 실제 위치를 비교해, 좌표축 회전과 왜곡을 단계적으로 보정했다. 보정 전 평균 오차는 가로 3.44mm, 세로 5.47mm, 높이 0.63mm였으나 보정 후에는 각각 0.30mm, 0.12mm, 0.12mm로 줄었다. 시스템 자체의 공간 오차가 약 90% 감소한 것이다.

 실제 임플란트 식립 정확도도 확인했다. CBCT로 계획을 세워 인공 모형에 임플란트 10개를 심은 결과, 각도 오차는 평균 2.04도로 임상 허용 기준인 3도 이내였다. 위치 오차는 평균 약 2mm로 통상 기준인 1.5mm를 다소 넘었는데, 연구팀은 추적 기술 자체보다 드릴과 센서 연결부의 유격, 손으로 수술할 때의 흔들림 등의 영향으로 해석했다. 로봇이 드릴을 직접 제어하면 이런 변수가 사라져 시스템의 정밀도가 그대로 반영될 수 있다.

 양병은 교수는 “자기장 방식은 시야가 가려져도 추적이 끊기지 않는 장점이 있는데, 이번 연구에서 로봇 팔로 보정하면 시스템 오차를 0.3mm 수준까지 줄일 수 있음을 확인했으며, 아직 모형실험 단계인 만큼 로봇수술과 결합한 기반 기술로 연구를 이어가겠다”고 말했다.

 변수환 교수는 “입이 잘 벌어지지 않는 환자나 수술 부위가 가려지는 어금니 부위처럼 카메라 방식이 어려운 상황에서 대안이 될 수 있다”며 “로봇이 드릴을 직접 제어하는 시스템으로 발전시켜 실제 식립 오차까지 줄이고, 실제 환경에서의 검증도 꼼꼼히 진행하겠다”고 말했다.

 해당 연구는 과학기술정보통신부와 산업통상자원부의 지원을 받아 수행됐으며, 최근 식약처 의료기기 허가를 받고 국내 최초로 한림대학교성심병원에서 치과 임플란트 로봇수술 시행을 앞두고 있는 만큼 치과로봇수술 시대를 열 수 있을 것으로 기대된다.

류성목