로봇을 이용한 심폐소생술

1) 개요
심폐소생술은 심정지 환자에게 있어 필수적이고, 국제적인 실행 기준이 마련될 만큼 중요한 응급처치이다. 하지만 심폐소생술은 전문적인 훈련 없이는 행하기 힘들고, 전문가조차 체력적인 문제 등으로 완벽한 심폐소생술을 보여주기 힘들다. 이를 보완하기 위하여 여러 가지 자동 심폐소생술 기구가 개발되었지만 다양한 환자에 대응하기 힘들고, 가슴을 압박하는 힘이 강하지 않은 문제점 등, 완벽한 대안이 되지 못하고 있다.

이번에 소개할 연구는 로봇 매니퓰레이터(로봇 팔)를 이용하여, 위와 같은 기존의 심폐소생술 방법의 문제점들을 보완하고, 환자의 생체 정보들을 이용하여 더 나은 심폐소생술을 구현할 수 있도록 하는 시스템 구축이다. 이 시스템은 심장 박동을 측정할 수 있는 심초음파와 숨을 내쉴 때 내쉰 숨의 이산화탄소 포화도 등 심장 압박의 정도를 직간접적으로 알 수 있는 정보들을 이용하여 실시간으로 압박 깊이, 속도, 위치 등을 조정하여 각 환자에 대해서 최적의 심폐소생술을 구현하는 것을 목표로 한다.

2) 연구내용
2-1) 심폐소생술 시스템
연구에서 제안한 로봇 심폐소생술 시스템은 위와 같은 구조로 작동된다. 제어기를 통해 원하는 압박위치, 속도, 깊이 등을 원하는 값으로 조정할 수 있고, 초음파 센서와 환자감시 장치를 통하여 환자의 상태를 실시간으로 확인 할 수 있다. 또한 로봇 말단의 힘센서를 통해 환자에게 필요이상의 힘이 발생하여 부작용이 생기는 것을 방지할 수 있다.

[그림 1] 심폐소생술용 로봇 시스템 구성도 

2-2) 시뮬레이션

심폐소생술 실습용 마네킹을 이용하여 기존의 심폐소생술 방법(사람과 자동 심폐소생기구)과 로봇을 이용한 심폐소생술의 성능을 비교하였다. 실험에 사용한 로봇은 DENSO 사의 VM-6083G 모델이다. 실험 결과, 사람의 심폐소생술은 일정하게 유지되기 힘들고, 기존의 장비는 일정한 심폐소생술은 가능하지만 원하는 깊이(5cm)에 훨씬 미치지 못하는 성능을 보였다. 반면 로봇 매니퓰레이터를 이용한 심폐소생술은 원하는 깊이나 속도를 매우 일정하게 유지하여 기존의 방식에 비해 더 나은 심폐소생술을 제공 할 수 있음을 보였다.

[그림 2] 전문가의 CPR 깊이 그래프

 

[그림 3] 제안된 시스템의 CPR 깊이 그래프

2-3) 동물실험
2-2에서 얻은 결론을 바탕으로 로봇을 이용한 심폐소생술이 실제 심정지 상황에서 어떠한 결과를 보이는지 실험용 돼지를 이용하여 실험하였다. 심폐소생술은 심정지가 발생하고 8분 후에 실시되었으며, 심초음파와 환자감시장치를 통해 돼지의 상태를 지속적으로 관찰하였다.

[동영상 1] 동물 실험

3) 결론 및 향후계획
로봇 매니퓰레이터를 이용한 심폐소생술은 기존의 심폐소생술 방법에 비하여 월등한 성능을 보이며, 국제적인 심폐소생술 기준에도 충분히 부합한다. 또한 동물 실험에서 장기손상 등의 부작용 없이 100%의 소생률을 기록하여 사람의 심정지 상황에서도 적용 될 수 있는 가능성을 보였다.
 향후 시스템에서는 환자의 상태를 반영하여 압박 깊이, 속도, 위치를 바꾸는 과정을 알고리즘화 하고, 인공지능을 이용함으로써 사람의 개입 없이도 로봇 심폐소생술 장치가 자동으로 최적의 심폐소생술을 행할 수 있도록 하고자 한다.

4) 글쓴이 소개
글쓴이: 정재석 연구원 (융대원 지능형융합전공)
메일: jjs916@snu.ac.kr
관심분야: 의료용 로봇, 휴머노이드 보행