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의료용 자동 늑골 견인기에 사용된 맥슨모터

의료용으로 사용될 경우 필요한 부드러운 구동은 강력한 토크 모터가 담당해

미국의 한 최첨단 회사가 환자의 통증 감소와 빠른 회복을 돕는 소형의 자동 늑골 견인기를 개발했다. 믿기 어렵겠지만, 오늘날 외과 수술에 사용되는 수술도구 중 일부는 1930 년대에 개발된 이후 크게 개선된 점이 없다. 이러한 수술 도구의 경우, 대부분 환자의 회복 시간이 오래 걸리기는 하지만 아직까지 수술용으로는 충분히 적합하기 때문이다. 특히 외과의가 심장 또는 폐 수술을 위해 개흉을 할 경우가 이에 해당된다.

지금까지 의사가 시술을 할 수 있을 만큼 흉곽을 벌리는 데는 개흉술(흉강 절개) 및 흉골절개술(흉골의 종절개)의 두 가지 방법이 주로 사용된다. 개흉술은 두 늑간의 절개를 통해 흉곽을 벌리는 것이고, 흉골 절개술은 외과의가 개흉을 위해 흉골을 종절개하는 것이다. 두 가지 경우 모두 외과의가 수동 잭, 이른바 견인기로 늑골 혹은 흉골 사이를 벌리는 것으로 이는 큰 힘을 필요로 한다.

미국의 Physcient사의 개발팀은 늑골을 벌리기 위해 필요한 힘이 환자의 체중과 대략적으로 일치한다는 것을 발견했다. 다시 말해 이는 견인기의 사용이 골절, 신경 압박, 관절 변형 및 인대 파열을 동반할 수 있음을 의미하고, 이는 수술 후의 외과적 후유증을 초래할 수 있다는 것이다.

노스캐롤라이나주의 더럼에 위치한 Physcient사는 흉곽을 벌림으로써 발생하는 손상을 현저히 감소시킬 수 있는 기술을 개발했다. 휴 크렌쇼와 함께 Physcient사를 공동으로 설립한 척 펠은 “우리는 두 가지 중요한 문제를 해결해야 했는데, 그 중 첫 번째는 늑골 견인기가 오늘날 수술실에서 사용되는 것보다 커서는 안 된다는 것이었고, 두 번째는 수백 번의 멸균이 가능해야 한다는 것이었다.”라고 말했다.

Physcient사의 늑골 견인기 Assuage™ Smart Retractor™
Physcient사의 늑골 견인기 Assuage™ Smart Retractor™

Physcient사의 Assuage™ Smart Retractor™는 새로운 기술을 이용해 외과의사의 기존 시술 방법을 유지하면서도 오랜 문제를 해결하기 위한 목적으로 개발되었다. 펠은 “나와 휴 크렌쇼 모두 생체역학을 전공했다. 그래서 생물의 동작 패턴에 대한 지식을 기술에 응용하려고 했다. 얼마 전부터 아주 흥미로운 분야인 수술도구에 대해 연구하고 있다. 현재 외과의사가 사용하는 대부분의 도구들은 생체역학이 하나의 완전한 학문 분야로 굳어지기 전에 개발된 것이다.”라고 말했다. 미국의 심장·폐·혈액 연구소(National Heart, Lung, and Blood Institute)에 따르면 매년 50만 번 이상의 심장 수술이 시행되고 있고, 여기에 수십 만 번의 폐 수술까지 생각해본다면 더 나은 수술도구의 필요성은 명백해진다. 현재 사용되고 있는 늑골 견인기의 구식 구조와 시행되고 있는 수술 횟수로 인해 늑골절의 수는 계속적으로 증가하고 있다.

크렌쇼와 펠은 그 동안 늑골 견인기에 의해 생성되는 힘에 대한 연구가 없었음을 인식하여 그에 미치는 영향을 측정하고 손상을 최대한 감소시킬 수 있는 기술을 개발하기 위해 팀을 구성했다. 견인기가 움직이는 속도에 따라 사람의 뼈가 골절되기도 한다. 뼈 조직은 늘어나기 까지 어느 정도의 시간을 필요로 하기 때문에 견인기에 의해 늑골이 갑자기 벌려지면 바로 골절될 수 있다. 자동 늑골 견인기인 Assuage™ 에 내장된 센서는 인체의 섬유 조직에 무리가 가게 되면 이를 곧바로 인식한다. 인식된 정보들은 견인기로 전송되어 조직의 상태에 즉각적으로 반응할 수 있도록 한다. 이렇듯 의료장비에 사용되는 클로즈드-루프 방식의 피드백은 높은 정밀성과 높은 신뢰성을 요구한다.

Physcient사는 맥슨의 드라이브로 프로토 타입의 늑골 견인기를 설계했다. 모터의 가장 중요한 사양 중 하나는 저속에서 구동할 시에 코깅 토크가 없어야 한다는 점이다. 늑골 견인기가 부드럽게 움직여야 환자의 통증을 최소로 감소시킬 수 있기 때문이다. 브러시리스 DC 모터는 배터리로 쉽게 구동되며 센서 시스템과 함께 내장된 제어기가 늑골을 견인하는 절차를 제어한다 . Physcient사는 필요한 강한 힘을 위해 높은 토크의 모터를 선택했으며, “우리가 사용하는 맥슨 모터는 의료기술 분야에서 가장 강력한 견인력을 제공할 뿐 아니라 인대와 연조직의 손상을 최소화하기 위해 매우 정확하고 정밀해야 했다.”라고 펠은 설명했다.

부드러운 동작을 위한 강력한 토크의 맥슨 모터
맥슨은 다양한 어플리케이션을 위해 직경 Ø 6mm에서 최대 Ø 90mm의 모터를 생산한다. 전자식 정류 방식에 의해 전자파 장애가 최소화되는 이 브러시리스 DC 모터는 브러시가 없기 때문에 긴 수명이 보장될 뿐만 아니라 추가된 고품질의 예압 볼 베어링으로 인해 모터의 수명이 더욱 연장된다.

맥슨은 광범위한 모터와 제어기를 제공하고 있다. 특히 브러시리스 DC 모터인 EC 시리즈는 의료기술 분야의 애플리케이션에 매우 이상적이다.
맥슨은 광범위한 모터와 제어기를 제공하고 있다. 특히 브러시리스 DC 모터인 EC 시리즈는 의료기술 분야의 애플리케이션에 매우 이상적이다.

Physcient 의 Assuage™ Smart Retractor™는 뼈와 조직의 물리적 성질을 고려한다. 대부분의 흉부외과 분야에서는 생체역학적으로 사람과 매우 유사한 동물인 돼지로 연구 프로젝트를 진행해 왔다. Physcient 사는 각각의 늑골을 부드럽게 감싸는 두 줄로 된 곡선 모양의 메탈 핑거를 사용한 프로토타입을 설계했다. 견인기가 늑골을 자동으로 벌리는 동안 맥슨 모터는 센서에 의해 제공되는 피드백으로 부드러운 개흉 프로세스를 보장한다. 생체 실험에서 Physcient 사의 견인 장치는 조직의 외상과 통증을 현저히 감소시켰으며 환자의 호흡 또한 수월해 졌을 뿐 아니라 회복 속도도 매우 빨랐다.

About 이상준 기자

생산제조인을 위한 매거진 MFG 편집장 이상준입니다. 대한민국 제조업 발전을 위해 일합니다.