외과의사들이 본격적으로 의학에 큰 영향을 미치게 된 것은, 앞선 포스트에서 설명한 1차 수술혁명에 의해 현대적인 수술방법이 도입된 이후의 일입니다.  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 있습니다.

사실 수술이라는 것이 말은 거창하게 들릴 수 있지만, 실상 하는 일의 원칙은 어느 수술이나 동일합니다.  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 있습니다.

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

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 있습니다.  이를 위해 수 많은 공학 기술이 이미 도입되고 있으며, 앞으로도 2차 수술혁명에 필요한 새로운 공학 기술의 발전이 필요하게 될 것이라고 봅니다.  수술공학(surgical engineering)은 이러한 2차 수술혁명을 가능하게 하는 기반기술이라고 할 수 있겠습니다.

2차 수술혁명을 위한 수술공학의 근본적인 목표를 세분화해서 정리하면 다음과 같은 4가지 요소로 정리해볼 수 있습니다.



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 말합니다. 최소침습수술은 환자에게 수술과정에서 생기는 손상을 최소화하기 때문에 통증도 적고, 상대적으로 병원에 입원해 있는 기간이 짧아지게 되며, 회복과 비용의 측면에서도 훨씬 유리합니다. 또한, 흉터나 큰 수술로 인한 부작용의 발생가능성도 적어지지요.

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


한국의 기술이 세계 최고 수준으로 평가받는 내시경을 이용한 침습 척추수술 장면
의사들의 기술도 중요하겠지만, 이를 가능하게 만든 내시경, 레이저 등의 기술개발이 있었기에 가능해짐


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 있습니다. 보통 1mm 정도에 불과한 미세혈관접합술은 잘려진 수지를 접합하거나 우리 몸의 일부를 이식하는 과정에서 매우 중요한 수술로 역사적으로 많은 외과의사들이 그 기술을 조금씩 발달시켜 왔습니다다. 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 사용하였습니다. 

최근의 의공학 기술의 발달로 초정밀수술도 여러가지 형태로 발전하고 있습니다. 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 사이버나이프(cyber-knife) 기술을 이용한 수술 등을 들 수 있겠습니다.



수술용 현미경을 이용한 수술장면 (UCLA 메디컬 센터의 뇌하수체 선종 수술)
from http://neurosurgery.ucla.edu/body.cfm?id=431
 


인공조직 및 장기 (Artificial Tissue and Organ)

전통적인 수술의 목적이 질병이 있거나 손상된 조직이나 장기를 제거하고, 제거된 조직이나 장기의 기능 훼손을 최소화할 수 있도록 주변의 정상 조직과 이어 붙이거나 연결하는 것에 있었습니다.  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 있었지요.  이러한 한계를 극복하기 시작한 것이 장기 또는 조직이식(organ/tissue transplantation)을 통해서 입니다. 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 있습니다.

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 있습니다.  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 있습니다.

이러한, 동종이식에 기반을 둔 이식의 경우 가장 문제가 되는 것은 필요로 하는 장기나 조직의 공급입니다.  뇌사자들의 기증에 의존하고 있는 현재의 공급 시스템으로서는 이식을 필요로 하는 수 많은 환자들의 수요를 충족시키는 것은 사실상 불가능합니다. 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 있습니다. 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 있습니다.

 

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 됩니다. 이런 목적으로 2004년 미래의 수술방 환경에 대한 워크샵이 조지타운대학에서 100 여명의 권위있는 의사 및 과학자들의 참여 속에 열렸으며, 여기에서 다음과 같은 5개의 세부분과를 구성하였습니다.


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 수술공학의 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 있으며, 의료정보학 연구와도 밀접한 관계가 있습니다.

현대의 기술발전이 앞으로 수술환경을 얼마나 많이 바꾸게 될 지 기대되지 않으십니까?   다음부터는 이 포스트에 소개된 여러 기술들과 현재 개발되고 있는 첨단 수술공학 관련 제품 및 연구들을 각각 소개하도록 하겠습니다.



참고문헌


1. Morris, PJ. Transplantation — A Medical Miracle of the 20th Century. N Engl J Med 2004;351:2678-80
2. Homepage of American Society for Artificial Internal Organ (http://www.asaio.com/)
3. OR2020 - The Operating Room of the Futre, Worksho Report, 2004 (http://or2020.org/OR2020_REPORT/Report_Files/)


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미래는 하이컨셉, 하이터치의 세계라고 합니다. 너무 메마르고 딱딱한 이야기보다는 글로벌 시대에 어울리는 세계 각국의 이야기, 그리고 의학과 과학을 포함한 미래에 대한 이야기의 세계로 여러분을 초대합니다.

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오늘은 의학의 역사와 의학의 발전, 특히 현대적 수술이 탄생하기까지의 과정과 기술발전의 관련성에 대해서 한 번 짚어보는 글을 써 볼까 합니다.  많은 산업과 사회의 발전이 기술혁명에 의해서 진행되지만, 의학은 다소간 느끼기에는 이러한 기술혁명의 영향력에서 비켜있는 것 같은 느낌이 있는 것이 사실입니다.  그렇지만, 의학 역시 기술의 발전에 대단히 민감하게 움직입니다.  앞으로 의학의 변화가 훨씬 가속화 될 것으로 보는 것도 그런 이유에서 입니다.

의학(medicine)이라는 학문은 인간이 연구하는 학문 중에서 가장 오래된 학문 분야 중의 하나입니다. 그렇기 때문에 이에 대한 정의도 여러 가지가 있지만, 위키피디아(wikpedia)의 정의에 따르면 건강과학(health science)의 한 분야로 인간의 건강을 유지하거나 회복시키기 위해 질병이나 손상에 대한 학문적인 연구, 진단과 치료 방법 등에 대한 과학이라고 말할 수 있겠습니다.

이런 정의를 바탕으로 의학은 또 다시 여러 가지 형태로 분류를 해 볼 수 있는데, 질병과 손상에 대한 학문적인 접근 방법에 초점을 맞춘 기초의학(basic medical science)과 진단과 치료와 같은 실제 환자를 진료하는데에 중점을 둔 임상의학(clinical medicine)으로 크게 나누어 볼 수 있습니다다. 또 다른 가장 일반적인 분류 방법으로는 신체 각 기관에 대한 학문으로 분류할 수 있는데, 심혈관의학(cardiovascular medicine), 호흡기의학(respiratory medicine), 뇌신경의학(neuro medicine) 등이 여기에 해당합니다.

임상의학은 또 다시 여러 전문 영역과 과목으로 나누어 지는데, 그 중에서도 치료적인 접근 방법에 따라서 전통적으로 내과(internal medicine)와 외과(surgery)로 분류할 수 있습니다. 현대 의학에 있어서는 이러한 전통적인 치료방법의 분류가 겹쳐지고 있어 그 영역이 모호해지는 경향이 있으나, 내과는 주로 약초 등에서 추출한 생화학적인 성분으로 이루어진 약을 먹거나 주사를 통해서 우리 몸에 주입을 하여 질병을 치료하는데 주된 학문적인 초점을 맞추는데 비해, 외과에서는 수술이라는 우리 몸에 침습적인 방법을 이용해서 질병을 치료하는데 그 학문적인 중점이 있습니다.

외과 또는 수술을 의미하는 'Surgery'라는 단어는 그리스어로 수작업(hand work)이라는 의미를 가지는데, 질병이나 손상을 우리 몸의 일부를 수술용 칼이나 가위, 레이저나 전기칼과 같은 물리적인 방법을 이용해서 쨰거나 구멍을 내어 질병과 손상을 치료하는 방법을 말합니다.  현재까지 발견된 역사적인 증거 중에서 수술이 처음 시작된 것으로 보이는 것은 기원전 2750년경의 고대 이집트인의 것으로 추정되는 아래턱 뼈로, 첫번째 어금니 뿌리 부분에 구멍이 뚫려 있고, 이를 통해 치아 뿌리에 생긴 고름을 빼낸 흔적이 있는 것입니다. 또한, 이집트의 피라미드를 만들었던 건축노동자의 두개골에 뇌수술을 한 흔적이 발견된 것도 아주 오래전에 이미 수술이 시작되었다는 증거가 되고 있습니다.  아래 그림과 같이 이미 고대 이집트의 부조에도 여러 가지 수술도구들이 새겨져 있다는 것을 보아도 수술의 역사가 유구하다는 것을 알 수 있습니다.


Temple Kom Ombo, Egypt에 새겨진 외과수술 도구 부조

 
외과의사는 의학의 역사에서 볼 때에 내과나 다른 진단의학 등의 의사와는 확연히 다른 역사적인 뿌리를 가집니다. 이러한 증거는 고대 그리스에서는 외과적인 접근 방법에 반대하였고, 히포크라테스의 선서에서도 수술적인 접근 방법에 대한 경고가 담겨져 있는 것에서도 알 수 있지요. 

수술에 대한 현대적인 뿌리를 이야기 할 때에는 13세기 유럽의 몽펠리어(Montpelier), 파두아(Padua), 볼로냐(Bologna) 대학에서 학문적인 접근으로 시작했다고 할 수 있습니다. 최소한 15세기 정도까지는 수술이나 외과가 기존의 의학과는 분리된 학문으로 존재하였고, 보통 전통적인 내과의학에 비해 하등한 것으로 치부되었습니다.  


17세기 네덜란드의 외과의사 수술장면


본격적인 외과수술은 1846년 말 치과의사인 W.T.G. 모턴에 의한 에테르를 이용한 흡입마취법이 발명되고, 1867년 J. 리스터의 의해 멸균법에 의한 수술방법을 확립하면서 이루어졌습니다. 이러한 기술적인 진보를 통해 안전한 수술이 가능해졌고, 더 나아가서는 수술부위 이외를 덮는 소독을 한 덮개나 수술복의 보급을 통해 감염과 같은 수술로 인한 부작용이 현저히 줄어들게 되면서 발전의 전기를 맞게 됩니다.

그 이후 수술을 이용한 외과의사가 크게 발전을 하게 됩니다.  기본적인 수술방법이 확립된 이후 수술방의 형태와 철학은 현대까지 사실상 변화가 없다고 해도 과언이 아닙니다.  그런 측면에서 바라보면 현대의 수술방법과 이를 지원하기 위한 시스템 자체는 150년 가까이 그대로라고 할 수 있습니다.

그렇지만, 수술방법의 발전은 기술의 발전과 그 궤를 같이 합니다. 뢴트겐이 1895년 X 선을 발견하고, 란트슈타이너가 1901년 ABO 혈액형을 발견한 뒤에 수혈이 가능해 진 것 등에 의해 과거에 할 수 없었던 여러 가지 수술이 가능해지게 되었습니다.  마취기술이나 새로운 약제의 개발 역시 수술 발달에 커다란 공헌을 하였지요.  이에 따라 외과의 영역이 크게 넓어지면서 전문화가 이루어져 현재는 다양한 전문외과의사들이 배출되고 있습니다.

1846년에 개발된 마취방법의 개발에서부터 1901년 수혈이 가능해지게 된 것 까지의 기술개발에 의한 현대 외과수술의 정립을 저는 '1차 수술혁명'이라고 부른다. 이러한 기술 발전으로 인하여 근본적으로 동일한 현대의 수술방식과 원칙이 정립되었으며, 세부적인 질병과 손상의 치료방침과 회복에 대한 여러 외과의사들의 연구와 노력으로 수많은 질병이 외과적인 수술로 치료가 될 수 있게 되었습니다.

마지막으로 유튜브에 공개된 "Medical Milestones: The History of Surgery" 동영상 클립을 소개합니다.  내용에 다음에 쓰려고 하는 2차 수술혁명과 관련된 이야기들도 조금 나오네요 ...



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미래는 하이컨셉, 하이터치의 세계라고 합니다. 너무 메마르고 딱딱한 이야기보다는 글로벌 시대에 어울리는 세계 각국의 이야기, 그리고 의학과 과학을 포함한 미래에 대한 이야기의 세계로 여러분을 초대합니다.

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