서 론
다양한 수술기구의 개발은 최소 침습적 수술 (minimal invasive surgery)을 가능하게 하였고 더욱 향상된 치료효과
를 기대할 수 있게 되어 보편적으로 사용되고 있다〔1〕. 이러한 수술기구가 대중화됨에 따라 현재 많은 수술이 최소 침습적 방 법을 이용하여 수술하고 있다〔2, 3〕.
최소 침습적 수술 방법 중 하나인 내시경을 이용한 절개, 지 혈, 조직분리 등 수술장비들의 개발이 활발해 졌다. 이에 따라 수술 이외에 치료 방법이 없었던 많은 질환의 환자들이 이러한 방법을 이용하여 외과적 수술에 비해 회복기간, 근육층 손상, 수술 부작용 등 과 같은 부작용을 최소화 시킬 수 있게 되었고 시간 및 비용을 절감 할 수 있게 되었다. 또한 의료진 입장에서 는 치료효과를 향상 시키는데 큰 도움을 얻을 수 있게 되었다
내시경용 연속봉합장치와 의료기구에서 적용 가능한 새로운 핸들 메커니즘
조재모
1∙김광기
1∙조창노
1∙조성연
2∙박상재
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국립암센터 융합기술연구부, 의공학연구과
2
국립암센터 간암센터
Laparoscopic Successive Suture Device and Applicable New Handle Mechanism in Medical Instruments
Jaemo Cho1, Kwang Gi Kim1, Chang Nho Cho1, Sung Yeon Cho2, Sang Jae Park2
1Biomedical Engineering Branch, Division of Convergence Technology, National Cancer Center, Goyang, Korea
2Center for Liver Cancer, National Cancer Center, Goyang, Korea
= Abstract =
The minimal invasive surgical methods become common surgical procedure prompted the develop- ment of endoscopic surgical instrument in medical. The suturing method is one of basic technics for surgical operation. However, it is lack of development of surgical instrument in endoscopic suturing.
Therefore, in this study has focused on the development both body and head of endoscopic succes- sive suture device featuring safety and convenience. We worked the development of successive su- ture device as prototype to performed experiment in vivo (beef intestine) and vitro (female hog) to de- termine validity of the instrument’s design and possibility of feasible. We found the successive suture device functions were improved in the both experiments. In this study, we expected that the devel- oped successive suture device contributing convenience and safety in endoscopic surgery.
Key words: Minimal invasive, Surgical instrument, Successive suture device, Safety, Convenience
본 연구는 국립암센터 기관고유사업 (과제번호: 1410230)의 지원을 받았습니다.
통신저자: 김광기, 박상재, (410-769) 경기도 고양시 일산동구 일산로 323, 국립암센터 의공학연구과, 간암센터
Tel: 031-920-2241, Fax: 031-920-2006 E-mail: [email protected]
〔4, 5〕.
이러한 내시경을 통한 다양한 수술 장비들이 개발되어 현재 임상에 적용하여 사용하고 있지만 외과적 수술의 기본적인 기 술 중 하나인 수술 후의 봉합술(suture)과 관련된 기술개발은 현재까지 미흡한 상태이다〔6, 7〕. 임상에서 내시경을 통한 봉 합은 내시경용 집게(laparoscopic forceps)를 이용하여 바늘 을 파지 후 봉합을 수행하므로 신속성과 임상의의 편의성이 떨 어지게 되어 수술시간 단축이 어렵다〔8〕. 이와 관련된 문제점 을 해결하기 위해 일부에서는 내시경을 통한 시술에 필요한 봉 합술의 안전과 편리를 위하여 내시경용 봉합장치 연구가 활발 히 이루어지고 있다. 하지만 실제 임상에서 사용하기에는 종류 가 한정 되어있고 임상의가 사용하는데 봉합부의 한계점과 구 동부의 기술적인 문제로 안전과 편리성이 떨어지게 되어 사용 하는데 불편함을 느끼게 되고, 이는 결국 수술시간의 증가로 환자의 안전에 대한 위험성을 초래하게 된다〔9-12〕.
이에 본 연구에서는 위와 같은 문제의 해결을 위하여 새로운 내시경용 연속봉합장치의 기술을 개발하고자 하였다. 따라서 본 연구의 목적은 내시경용 연속봉합장치의 편의성, 안정성 그 리고 효율성을 향상 시키기 위한 기술을 개발하는데 있다. 또 한 개발된 장치를 시제품으로 제작하여 기구 설계의 타당성을 검증하고 대 동물을 대상으로 장비 기술의 실현 가능성을 확인 하는데 있다.
본 론
본 연구에서 제안한 수술용 봉합 장치는 크게 봉합부(그림 1)와 구동부(그림 2)로 나눌 수 있다. 봉합부는 조직을 고정 할 수 있고, 바늘을 고정 할 수 있는 상단 및 하단 바늘 고정부와 하단 바늘 가이드, 바늘이 조직을 완전히 통과 할 수 있도록 바 늘을 밀어주는 상단 바늘 가압부, 바늘이 조직을 통과 후 바늘
그림 2. 구동부 구성도 그림 1. 봉합부 구성도
을 걸리게 할 수 있는 바늘 고정대, 마지막으로 바늘의 연속봉 합이 가능하도록 도와주는 바늘 복귀 스위치로 이루어져 있다 (그림 1). 구동부는 레버를 동작하게 하여 브래킷 1을 움직이 게 하는 핸들, 브래킷 2를 움직이게 하는 트리거, 상단 바늘 고 정부를 움직이게 하는 브래킷 1, 상단 바늘 가압부를 움직이게 하는 브래킷 2, 그리고 동작 봉으로 이루어져 있다 (그림 2).
1. 봉합부의 구동
봉합부의 구동은 1차적으로 핸들의 움직임을 통하여 상단 바늘 고정부가 밑으로 움직임이면 하단 바늘 고정부와 맞닿아 조직을 고정한 후 바늘이 조직을 통과하게 되면서 바늘은 하단 바늘 고정부와 하단 바늘 가이드 부분에 장착된다. 2차적으로 트리거를 누르게 되면 상단 바늘 가압부가 내려오게 되면서 바 늘 위의 부분을 눌러주게 되는데 이때 조직을 완전히 관통하게 된다. 조직을 완전히 관통 후 상단 가압부, 상단 바늘 고정부, 하단 바늘 고정부가 완전히 밀착 될 경우 바늘은 상단 고정부 에서 이탈하게 되고 하단 바늘 고정대에 걸리게 된다. 3차적으 로 잡고 있던 트리거를 놓아 주게 되면 상단 바늘 가압부가 원 상태로 돌아가게 되고, 4차적으로 잡고 있던 핸들을 놓아주게 되면 고정대에 걸려있던 바늘이 복귀 스위치를 통하여 잠금 장 치가 자동 해제된다. 5차적으로 다시 한번 핸들을 작동시키면 상단 고정부가 밑으로 이동 하여 바늘이 상단 고정부로 이동 되도록 설계 하였다 (그림 3). 상단 바늘 고정부로 바늘이 장
착되는 위치에는 바늘의 크기보다 작은 크기의 구멍으로 발생 하는 마찰로 인하여 바늘이 상단 고정부로 이동이 가능하도록 되어있다.
2. 구동부 조작법 및 기술
1차적으로 구동부를 손으로 파지 후 핸들을 작동하게 되면 뒤쪽 레버가 회전운동을 통해 위로 올라가게 되어 브래킷 1을 뒤로 밀게 되는 직선운동으로 변경됨으로써 바늘이 이동하게 된다. 2차적으로 트리거를 파지한 손의 손가락을 통해 작동하 게 되면 브래킷 2가 직선운동으로 뒤로 밀리면서 상단 가압부 가 구동하게 되며 바늘을 하단 고정부 및 하단 가이드로 밀어 준다. 이때 상단 고정부를 통해 바늘이 이동하는 방식과 상단 가압부를 통해 바늘 위 부분을 하단 고정부와 가이드부로 밀어 주는 방식은 수직 형 상하 운동전달 방법 (crank type)을 사 용하였다. 3차적으로 트리거를 파지한 손가락을 놓게 되면 브 래킷 2에 사용된 용수철의 장력으로 인하여 상단 가압부가 원 상태로 돌아가게 된다. 4차적으로 동작된 핸들 역시 놓게 되면 브래킷 1에 사용된 용수철의 장력을 통하여 상단 고정부가 원 상태로 돌아가게 된다 (그림 2). 이러한 단순한 용수철의 장력 을 이용한 기술과 수직 형 상하 운동전달 기술로 인하여 바늘 의 구동과 복귀가 이루어져 간단한 구동부의 조작을 통해 연속 적인 봉합이 가능하게 된다.
그림 4. 연속봉합장치 시제품 그림 3. 봉합부 구동 및 방향.
실험 및 검증
내시경적 수술의 편의와 안전성을 위하여 국립암센터에서 개발된 연속봉합장치를 시제품으로 제작하여 기능 실험을 진 행하였다 (그림 4). 시제품의 기능 실험은 인체의 내장을 대신 하여 동물의 내장 (소의 창자 부위)을 통해 봉합술의 가능 및 동작 여부를 확인 하는 방법으로 진행 하였다. 소의 창자 부위 에 봉합술을 시도하였으며 진행한 실험에서 연속봉합장치 시 제품의 작동은 연속적으로 봉합이 가능하였다. (그림 5) 이러 한 시제품 실험을 통한 결과를 바탕으로 기구 설계의 작동성과 기능성을 검증한 후, 추가적인 실험 검증을 위해 전 임상 대 동 물 실험을 진행 하였다. 대 동물 실험은 돼지 (3년, 80 kg)에 내시경을 통한 봉합시술을 시행하는 방법으로 진행하였다. 복 강경 내시경포트(10 mm)를 통하여 시제품인 내시경용 연속 봉합장치를 삽입하였고 봉합사 바늘(Ethicon Inc., Vicryl plus 26 mm 1/2c taper)을 별도로 추가 가공하여 연속봉합 장치의 성능을 실험하게 되었다. (그림 4) 실험은 돼지의 소장
결론 및 토의
시제품에 대한 기능 실험과 전 임상 대 동물에서의 실험을 통하여 본 연구에서 고안한 새로운 기술의 연속봉합장치 봉합 부와 구동부에 대한 기술 설계의 타당성과 장비 기술의 실현 가능성을 검증하였다. 본 연구를 통해 개발된 내시경용 연속봉 합장치 구동부와 봉합부 기술은 내시경을 통한 수술에 있어서 편의성 안전성 그리고 효율성에 많은 기여를 할 것으로 기대된 다. 하지만 실험 개체수가 적어 더 많은 동물실험을 통하여 기 술의 실현 가능성을 확인해 볼 필요가 있다. 더 나아가 본 연구 결과의 임상실험 적용과 그에 따른 효과를 검증하는 것이 다음 연구의 목표가 될 것이다.
감사의 글
본 연구는 국립암센터 기관고유사업 (과제번호: 1410230) 의 지원을 받았습니다
그림 6. 전 임상 대 동물 실험(돼지) 그림 5. 기능 실험(소 창자)
3. Youngjoo Seo, M.D, Hunhyun Lee, M.D, et al. Laparoscopic repair with omental patch for perforated duodenal ulcer. 대한 내시경복강경외과학회지 2010:Vol.13, No.2
4. S S Kadirkamanathan, E Yazaki, et al. An ambulant porcine model of acid reflux used to evaluate endoscopic gastroplasty.
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7. Chang Jong Kim, Bo-Young Oh, et al. Hand-assisted laparo- scopic surgery versus open surgery in rectal cancer patients.
Korean Journal of clinical Oncology Summer 2012:Vol.8, No.1 8. Yoonjin Kim, Kyungnal Kim, et al. Modified successive sutur-
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9. Surgical suturing apparatus PCT Patent WO/2011/052872 10. Surgical suture instrument, Patent no.: US 5,431,666, Date:
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11. Moon Ki Cho, Chang Yang Lee, et al. Successive suturing de- vice for endoscope utilizing beads. 한국정밀공학회 2004년도 추계학술대회 논문집. 2004:172-176
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대한의학영상정보학회지 2014;20:33-37
=초 록=
다양한 수술기구의 발달로 최소침습적 수술방법을 이용한 수술이 대중화 됨에 따라 최소침습적 수술방법 중 하나인 내시경을 이용한 수술장비들의 개발이 활발히 진행되고 있지만 내시경적 수술에서의 봉합술에 관련된 기 술개발은 아직까지 미흡한 상태이다. 본 연구에서는 임상의가 내시경적 봉합술 시술 시 봉합술의 안전과 편리를 위하여 내시경용 연속봉합장치의 봉합부와 구동부의 새로운 기술을 개발하였다. 개발된 연속봉합장치는 시제품 으로 제작하였으며, 기구 실험과 대 동물 실험을 통하여 기구 설계의 타당성과 장비 기술의 실현 가능성을 확인 하는데 있었다. 소 창자를 이용하여 실험을 한 결과 본 연구에서 고안된 새로운 기술의 연속봉합장치로 연속봉합 이 가능하였고, 전 임상 대 동물 실험에서 내시경을 통한 연속봉합이 가능하였다. 본 연구를 통해 개발된 내시경 용 연속봉합장치 구동부와 봉합부의 기술은 내시경을 통한 수술 연구에 있어서 편의성, 신속성 그리고 안정성에 많은 기여를 할 것으로 기대된다.