한빛사 인터뷰
- 등록2021-09-01
- 조회1,671
1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드
고주파 소작술은 고주파 전류를 이용하여 체내 암을 소작 및 제거하는 수술로, 고주파 소작 바늘을 체내 삽입하여 이루어지는 최소침습형 수술입니다. 고주파 소작술을 통한 치료는 높은 생존율을 보이면서 환자의 회복이 빠르고 합병증도 적어, 초기 치료에 있어 수술적인 치료에 비해 안전한 것으로 알려져 있습니다. 이런 장점으로 고주파 소작 기술은 지속적으로 발전해왔고, 다양한 임상적 연구가 함께 진행되고 있습니다. 하지만, 소작 중 바늘 주변 조직의 상태는 의료 영상 장비 (대개 초음파)로만 확인이 되고 소작 바늘 주변의 물리적/화학적 정보는 알 수 없어, 소작과 관련한 제한된 정보로 고주파 소작을 해야하는 한계가 있습니다. 일례로, 소작 중 조직 내부에 수증기가 쌓이게 되어 압력을 형성하고, 이로 인한 폭발이 발생하며 이를 스팀팝(steam pop)이라 불립니다. 스팀팝으로 인한 암 전이 가능성은 계속 논란 중에 있고, 경우에 따라서는 스팀팝으로 인해 조직에 천공이 발생하는 문제가 생기기도 합니다. 따라서, 스팀팝을 모니터링하거나 억제하고자 많은 연구가 있었으나, 상기 말한 제한된 소작부의 정보로 인해 많은 어려움이 있었습니다.
본 연구에서 저희 연구진은 두께 30μm 이하의 유연 박막형 압력/온도 센서를 개발하고 이를 고주파 소작 바늘 표면부에 실장하여, 소작부 주변의 압력 및 온도를 직접적으로 측정할 수 있는 고주파 소작 시스템을 확립하였으며, 이의 활용 가능성을 전임상과 임상 실험을 통해 확인했습니다. 이를 통해 고주파 소작 중, 특히 스팀팝이 발생하였을 때 소작부 주변 조직 환경을 물리적인 측면에서 분석할 수 있는 실마리를 제공할 수 있었습니다.
개발된 유연 박막형 압력/온도 센서는 바늘 주변부에 부착되어 실장되며, 센서 두께로 인한 바늘의 침습성을 최소화하기 위해 최대한 얇게 제작하는 것이 관건이었습니다. 따라서, 얇은 두께로 구현 가능한 접촉저항 변화에 기반한 압력센서와 금속 박막 기반 저항온도측정 (resistance temperature detector, RTD) 방식을 차용하였으며, 실제 의료 기기 적용을 목적으로 최대한 생적합적인 재료로만 센서를 구성하였습니다. 별도 제작한 가압 챔버를 활용하여 제작된 압력 및 온도 센서의 성능, 신뢰성 등을 분석하였으며, 이의 고주파 소작술 중 실제 활용 가능성을 돼지 모델과 실제 간암 환자 임상을 통해 입증하였습니다. 특히, 소작 초기 및 스팀팝의 발생 직전/직후의 주변 압력 상대 변화와 온도 변화를 확인하여, 추후 센서를 통한 실시간 고주파 소작술 모니터링 및 스팀팝 모니터링으로 활용 가능함을 확인하였습니다.
2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.
KAIST 기계공학과 초미세트렌스듀서 연구실은 박인규 교수님의 지도하에 고기능/다기능성 물리 및 화학 센서를 연구하고 있으며, 점점 늘어나는 센서 수요에 발맞추며 실제 환경에서의 적용을 목표로 하고 있습니다. 제가 주되게 연구해온 바이오메디컬 및 의료기기 분야 이외에도, 각종 산업현장을 위한 화학센서, 차세대 웨어러블 디바이스를 위한 물리/화학 센서 등 다양한 분야에서의 첨단 센서 연구를 수행하고 있습니다.
함께 연구를 진행한 삼성서울병원은 고주파 소작술을 국내 처음 도입한 이후 1만 회 이상의 고주파 소작술을 경험하고 관련 논문만 200편 이상 보고한, 세계 최고 수준의 고주파 소작 기술을 보유한 기관입니다. 그리고 병원 내 삼성융합의과학원(SAIHST)을 통해, 임상과학과 의료공학의 융합 연구를 지원하고 이를 기반으로 미래 의학 연구를 선도하고자 노력하고 있습니다.
3. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람
저는 석사과정 때부터 지금까지 계속 의료기기 센서와 관련한 연구를 수행해오고, 이 과정에서 다양한 배경을 가진 분들과 함께 일할 기회가 많이 있었습니다. 특히 실제 임상 현장에 계신 의사 선생님들과 이야기를 나눌 일이 많이 있었고 그 와중에서 느낀 점은, 기술을 개발하는 공학자와 실제 기술이 사용되는 현장 사이에 상당한 괴리가 있다는 점입니다. 이는, 우리가 연구개발한 기술의 목적과 디테일들이 실제 현장에서의 필요성이 결여된 채 개발됨에서 기인하기도 하지만, 현재 발전 중인 기술이 의사 선생님들에게 충분히 전달되고 알려지지 않음에 기인하는 것도 많이 느끼게 되었습니다. 따라서, 기술을 개발하는 공학자와 이를 활용하는 실제 의료계 분들과의 지속적인 소통이 무엇보다 필요하고, 그곳에서부터 창의성과 새로운 돌파구(breakthrough)가 시작한다는 점이 관련된 연구를 진행하면서 느껴온 바입니다. 또한 진행중인 연구가 실제 환자에게 직접적으로 사용되기 때문에 시스템의 성능뿐만 아니라 안전성 고려 등 다양한 어려움이 있었습니다. 그 과정 중에는 어렵고 힘든 순간입니다만, 이것이 실제 환자들에게 긍정적인 결과를 주거나 더 효과적인 수술법으로 진행해 나갈 수 있는 점에서 도리어 더 큰 보람을 얻을 수 있던 것 같습니다.
4. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?
본 연구에서는 고주파소작 바늘에 센서를 적용했지만, 최종적으로는 질병진단을 위한 최소침습형 프로브를 개발하는 것이 목표입니다. 특히 지름 300μm 이내의 초소형 침에 각종 바이오센서를 구현하여 실제 임상 현장에서 활용 가능한 프로브를 목표로 연구 활동을 이어나가고 있습니다. 개인적으로는 현재 미국 Stanford University의 Zhenan Bao 연구실에서 웨어러블 헬스케어 디바이스를 위한 바이오센서 및 센서 인터페이스를 추가적으로 연구하고 있습니다. 이곳에서 연구 중인 바이오센서 및 센서 인터페이스 기술을 앞으로 직접적으로 적용하여, 더욱 소형화되고 다양한 대상에 활용 가능한 기능성 의료기기를 개발하고자 노력하고 있습니다.
5. 다른 하시고 싶은 이야기들.....
우선 연구 수행과 센서 개발에 아낌없는 지원과 조언을 주신 KAIST 박인규 교수님 및 초미세트랜스듀서 연구실 구성원께 감사의 말을 드립니다. 교수님과 정용록 연구원 그리고 다른 구성원들의 도움이 없었다면 마지막 마무리 짓는 데까지 많은 어려움이 있었을 것이라 생각합니다. 또한, 본 연구를 진행하는데 있어 전임상 및 임상 시험에 자문과 도움을 아낌없이 나눠주신 삼성서울병원 영상의학과 교수님들께 감사의 말씀을 전달드리고 싶습니다. 연구 방향을 임상적 관점에서 총괄 지휘해주신 임효근 교수님, 실제 전임상 및 임상 수술을 도와주신 강태욱 교수님, 차동익 선생님, 그리고 의료진 관계자분들께 진심 어린 감사의 말씀을 드립니다.
마지막으로, 항상 연구를 진행하면서 아낌없는 지원과 도움을 주는 가족에게 진심어린 감사의 말씀을 전하고 싶습니다. 특히 항상 응원해주고 물심양면으로 도와주는 아내 상아에게 고맙다는 말을 전하고 싶습니다.
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#Radiofrequency ablation
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