현재 치료용 로봇 내시경 플랫폼의 현황

Abstract

Advances in gastrointestinal endoscopy have expanded its role from diagnosis to definitive therapy, leading to a paradigm shift in the management of gastrointestinal diseases. As therapeutic endoscopic procedures become increasingly complex, there is a growing demand for enhanced precision, stability, and control beyond the capabilities of conventional endoscopes. In response, various robotic endoscopic platforms have been developed to improve visualization, dexterity, and procedural safety, particularly for technically demanding interventions such as endoscopic submucosal dissection (ESD). Robotic therapeutic endoscopy systems can be broadly categorized into multitasking robotic platforms and robotic add-on platforms. Multitasking platforms enable bimanual manipulation, triangulation, and effective tissue traction but are often limited by high cost, system complexity, and workflow constraints. In contrast, robotic add-on platforms are designed to integrate with conventional endoscopes, offering improved maneuverability and traction with minimal disruption to clinical practice. Recent preclinical and early clinical studies, including first-in-human and randomized pilot trials, have demonstrated the feasibility and safety of robotic-assisted ESD, with potential benefits in procedural efficiency, learning curve reduction, and operator workload. Despite ongoing challenges related to cost-effectiveness, device integration, and widespread commercialization, robotic endoscopy represents a promising therapeutic platform. Continued technological refinement and accumulation of clinical evidence are expected to further define its role in advancing precision, standardization, and accessibility in therapeutic gastrointestinal endoscopy.

서 론

내시경 기술의 발전으로 소화기 질환의 조기 진단뿐 아니라 치료까지 가능해졌으며, 다양한 치료 내시경 기술의 도입은 소화기 질환 치료의 패러다임을 변화시켜 환자의 삶의 질향상에 크게 기여하고 있다.¹ 내시경 치료 기술의 발전과 함께보다 정교하고 정확한 내시경 기구에 대한 요구가 증가하고 있으며, 이에 따라 의료 로봇의 소화기 분야의 임상 적용에 대한 관심도 확대되고 있다. 의료 로봇 기술은 외과 수술 분야에서 이미 패러다임 변화를 이끌고 있으나, 소화기 내시경 분야의 로봇은 구조적·기술적 난이도가 높아 현재 개발 단계에 있으며 임상 근거도 제한적인 실정이다.² 그럼에도 불구하고 최근 소화기 내시경 분야에서는 시술의 정밀도를 높이고 합병증 위험을 줄이기 위한 로봇 시스템이 개발·도입되고 있으며, 이를 활용한 임상 연구도 점차 증가하고 있다. 현재 내시경 점막하 박리술(endoscopic submucosal dissection, ESD)을 보조하는 시술 보조 로봇, 자율 주행 대장내시경,^3,4 로봇 캡슐 내시경,⁵ 그리고 진단을 지원하는 인공 지능 시스템 등이 개발되고 있다. 이러한 기술은 시술자의 피로와 기능적 부담을 줄여 환자 안전성을 향상시킬 뿐 아니라, 고난도 내시경 술기의 교육과 숙련 과정에서도 중요한 역할을 할 것으로 기대된다. 본 종설에서는 소화기분야에서 최근 개발된 혁신적인 치료 내시경 로봇 플랫폼들을 작동 기전과 임상적 목적에 따라 체계적으로 정리하였다. 이를 통해 로봇 기술이 향후 소화기 치료 내시경 분야에서 차지할 잠재적 역할과 임상적 의의를 조망하고자 하였다.

ROBOT ASSISTED THERAPEUTIC DEVICES

지난 10여 년간 소화기 치료 내시경 분야에서는 다양한 로봇 기반 내시경 플랫폼이 보고되어 왔다. 이들 중 일부는 전임상 또는 임상 환경에서 평가되었으며, 일부 제품은 개발이 중단된 사례도 있다. 본 종설에서는 ESD와 같은 고난도 치료 내시경 술기를 보조하는 로봇 내시경 플랫폼을 크게 두 가지 범주로 나누어 소개하고자 한다. ESD는 1990년대 일본 연구자들에 의해 조기 위암의 근치적 절제를 목적으로 도입되었으며, 치료 내시경 분야에 획기적인 전환점을 마련한 술기이다.¹ ESD는 병변의 크기나 위치에 관계없이 표재성 위장관 종양을 완전 절제할 수 있는 장점을 가진다. 그러나 시술 과정에서 고유한 기술적 난이도가 존재하며, 특히 기존의 단일 채널 내시경만으로는 박리면을 충분히 노출시키기 위한 효과적인 견인 및 역견인을 구현하는 데 한계가 있다.⁶ 이러한 기존 내시경의 조작적 한계를 극복하기 위해 다양한 로봇 내시경 플랫폼이 개발되고 있으며, 이들은 크게 로봇 기반 다기능 내시경 플랫폼(robotic endoscopic multitasking platforms)과 기존 내시경에 부착하여 사용하는 부착형 로봇 보조 장치(robotic add-on devices)로 구분할 수 있다(Table 1).^6,7

Table 1.

Robotic Therapeutic Endoscopy Systems

1. Robotic endoscopic multitasking platform

로봇 기반 다기능 내시경 플랫폼은 기존 내시경으로는 구현이 어려운 삼각 조작과 효과적인 조직 견인을 가능하게 하기 위해 개발되었다. 대부분의 시스템은 마스터–슬레이브 방식의 원격 조작 개념을 기반으로 하며, 하나의 관절형 말단 구동기로 ESD 병변을 견인하고 다른 구동기로 박리를 수행하는 구조를 갖는다.⁸ 이는 Da Vinci Surgical System (Intuitive Surgical, Sunnyvale, CA, USA)과 같은 수술 로봇의 기본 개념과 유사하다. 로봇 보조 ESD는 로봇 팔의 자유도를 증가시켜 조작성과 정밀도를 향상시키며, 시술자의 외부 움직임을 축소·변환하여 병변 부위에 보다 정확하고 안정적으로 전달할 수 있게 한다. 그러나 이러한 시스템은 기존 내시경 유닛과 독립된 플랫폼을 필요로 하므로 의료진의 추가적인 술기 학습이 요구된다. 아울러 장비가 크고 구조적으로 복잡하며 비용 부담이 크고, 시술 전후 도킹 및 해제 과정이 필요해 실제 임상 적용에는 제약이 있다.⁷ 최근까지 개발된 대표적인 로봇 기반 다기능 내시경 플랫폼을 소개해 보겠다.

1) Endomaster EASE System

Endomaster Endoluminal Assistant for Surgical Endoscopy (EASE) 시스템(Endomaster Pte Ltd., Singapore)은 자체 개발된 이중 채널 내시경(double-channel endoscope, DCE)에 장착되는 견인 와이어 구동 방식의 로봇 팔 시스템이다.^9,10 두개의 로봇 팔은 총 9 자유도(degrees of freedom)를 가지며, 겸자, 전기소작 훅, 바늘 홀더 등 다양한 말단 도구(end effector)를 장착한 내시경 기구로 작동한다. 또한, DCE에는 표준 내시경 기구를 사용할 수 있는 추가 작업 채널이 포함되어 있다. 본 시스템은 두 명의 시술자가 동시에 조작하도록 설계되었으며, 침상 옆의 내시경 조작의사는 내시경 위치 조정, 공기 주입 및 흡인을 담당하고, 마스터 콘솔에 앉은 시술의사는 양손 조작을 통해 두 개의 로봇 팔을 제어하며 햅틱 피드백을 제공받는다(Fig. 1).¹⁰ 이러한 구조를 통해 향상된 삼각화(triangulation), 조작성, 그리고 햅틱 피드백이라는 장점을 제공한다. 반면, 와이어 구동 방식으로 인한 조작 지연 현상, 시술 중 기구 교환의 제한, 시스템의 큰 크기와 긴 조립 시간, 그리고 두 시술자 간의 높은 협응 필요성 등은 한계점이다.¹¹ 동물 모델에서 위 및 대장 ESD, 간 부분절제술 등에 활용되었고, 임상적으로는 조기 위 종양 환자 5명을 대상으로 한 ESD에서 평균 박리 시간 18.6분, 수술 관련 합병증 없이 100% R0 절제율을 보고하였다.² 최근에는 표재성 대장 병변을 대상으로 한 로봇 보조 ESD의 임상 결과도 보고되었다. 전향적 임상시험에서 Endomaster EASE 시스템을 이용한 대장 ESD는 기술적 성공률 86.0%, en bloc 절제율 94.6%, 완전 절제율 83.8%를 보였으며, 병변의 중앙 크기는 35 mm였다.¹² 시술 관련 합병증은 지연 출혈 1례와 천공 1례로 모두 내시경적 처치로 대처가 가능하였다. 현재 Endomaster 플랫폼은 Conformite Europeenne (CE) 인증 또는 미국 식품의약국(Food and Drug Administration, FDA) 승인을 획득하지는 않은 상태이다.¹¹

Fig. 1.

Colonic endoscopic submucosal dissection performed using the EndoMaster EASE System.

2) Endoluminal assistant for surgical endoscopy

Endoluminal Assistant for Surgical Endoscopy (EASE; ICube Laboratory, Strasbourg, France)는 수동식 Anubiscope를 기반으로 개발된 원격 조작형 로봇 내시경 플랫폼이다.¹³ 본 시스템은 내시경 중심부에 표준 내시경 기구를 위한 채널을 포함하며, 샤프트 양측의 가동형 쉘 내부에 두 개의 작업 채널을 배치하여 쉘이 열리면 기구가 내시경 축에서 벗어나 양방향 관절 움직임과 삼각화를 가능하게 한다.^11,13 표적 위치에 도달한 후에는 내시경을 모바일 카트의 크래들에 고정하여 슬레이브 유닛을 구성하며, 이후에는 원격 조작 콘솔에서 단일 시술자가 시스템을 제어할 수 있다.⁸ 다만 공기 주입, 흡인, 렌즈 세척 등은 보조 인력이 필요하다. 시스템 전체는 총 10 자유도를 가지며, 와이어 구동 방식이지만 전기기계적으로 제어되는 개방 루프(open-loop) 제어 구조를 채택하여 조작지연현상을 감소시킨 것이 특징이다. EASE는 하부 위장관 시술을 목적으로 설계되었으며, 돼지 대장 모델에서 대형 병변에 대한 ESD 성공 사례가 보고되었다.¹³ 또한, 소규모 연구에서 EASE를 이용한 ESD는 초심자와 숙련자 간 박리 속도 차이를 줄이고, 초심자의 학습 곡선을 단축시키는 것으로 나타났다.⁸ 현재 이 플랫폼은 CE 및 FDA 승인을 받지 않은 상태이며 현재 추가 개발은 중단된 상태이다.¹¹

3) Flex robotic system

Flex Robotic System (Medrobotics, Raynham, MA, USA)은 하부 위장관 시술을 위해 개발된 로봇 내시경 플랫폼이다. 본 시스템은 로봇 내시경, 기계식 유연 기구, 마스터 콘솔, 고해상도 디스플레이 및 조이스틱으로 구성된다(Fig. 2).¹⁴ 원래 두경부 수술용으로 개발되었으나,¹⁵ 최근 하부 위장관 시술에 맞게 개량되었다. 내시경에는 직경 4 mm의 작업 채널 두 개가 탑재되어 있으며, 다양한 보조 기구를 사용할 수 있다. 자체 로봇 내시경을 통해 항문연에서 최대 25 cm까지 병변 접근이 가능하며, 단일 시술자가 콘솔을 통해 내시경과 기계식 유연 기구를 모두 제어한다. 돼지 대장 ex vivo 모델에서 수행된 ESD 실험에서는 FLEX를 사용한 초심자가 기존 ESD 방법에 비해 더 짧은 시술 시간과 낮은 천공률로 성공적인 en bloc 절제를 달성하였다.¹⁴ 본 시스템은 2017년 항문, 직장 및 원위부 대장 병변 치료에 대해 미국 식품의약국(FDA) 승인을 획득하였다.¹¹

Fig. 2.

(Left) Flex Robotic System’s flexible distal end including 2 working channels with a needle-knife and grasper. (Right) Endoscopic submucosal dissection with the robotic system. (A) Console with the physician controller. (B) 3-Dimensional high-definition monitor. (C) Base and drive of the robot. (D) Instrument support assembly.

4) K-FLEX

K-FLEX (EasyEndo Surgical, Daejeon, Korea)는 국내에서 개발된 위장관 내강 내 수술에 적용 가능한 로봇 내시경 플랫폼이다. 본 시스템은 직경 17 mm의 굴곡형 오버튜브, 두 개의 교체 가능한 수술 기구 모듈, 구동 로봇 팔, 그리고 마스터 콘솔로 구성된다.¹⁶ 각 로봇 팔은 엄지 조이스틱을 통해 상하·좌우로 조작되며, 100° 이상 독립적인 이중 굴곡이 가능해 다방향 견인을 제공한다.¹⁶ 로봇 팔에는 직경 2.8 mm의 작업 채널이 탑재되어 있으며, 좌측 팔은 조직 견인용 집게, 우측 팔은 단극성 전기소작 기구로 구성되어 있다. 마스터 콘솔에는 로봇 팔의 위장관 내 위치와 형태를 시각적으로 보여주는 그래픽 시뮬레이터가 포함되어 있다. 돼지 위 모델에서 ESD 실험이 성공적으로 수행되었으나,¹⁷ 현재 CE 및 미국 식품의약국(FDA) 승인은 획득하지 않은 상태이다.¹¹

2. Robotic add-on devices

부착형 로봇 보조 장치는 기존 내시경에 부착하여 ESD 시시야 확보와 말단부 조작성을 향상시키기 위해 개발되었다.^7,11 이들 장치는 비교적 비용 부담이 적고 사용 후 소독이 용이하며, 장착과 분리가 간단해 기존 임상 워크플로우에 미치는 영향이 최소화된다는 장점이 있다(Table 1). 반면 기능이 제한적이어서 로봇 내시경 멀티태스킹 플랫폼에 비해 기구의 삼각 조작이나 조직 조작 능력에는 한계가 있다. 대표적인플랫폼으로 ROBOPERA와 FASTER가 있다.

1) ROBOPERA

ROBOPERA (Endorobotics, Seoul, Korea)는 ESD 시 다방향 조직 견인을 제공하기 위해 개발된 부착형 로봇 보조 장치이다. ROBOPERA는 대한민국의 EndoRobotics에서 개발한 내시경 치료용 로봇 보조 플랫폼으로, 기존 연성 내시경의 조작 한계를 보완하고 고난도 치료 내시경 술기의 안전성과 효율성을 향상시키는 것을 목표로 설계되었다. ROBOPERA 플랫폼은 내시경 선단에 부착되는 로봇 그리퍼, 조작을 위한 컨트롤러, 그리고 구동 유닛으로 구성되며, 기존 상용 내시경과 호환되는 add-on 방식을 채택하고 있다(Fig. 3).¹⁸ ROBOPERA의 핵심 구성 요소인 로봇 그리퍼는 조직 견인과 조직 근접(approximation)을 수행하여 조직 박리와 봉합을 보조할 수 있도록 설계된 이중 기능 구조를 가진다(Fig. 3).¹⁹ 그리퍼는 조직을 안정적으로 견인할 수 있으며, 내시경 선단을 따라 약 270° 범위의 회전 움직임과 상하 관절 운동이 가능하여 박리면 노출과 시야 확보를 용이하게 한다. ROBOPERA 플랫폼은 ESD를 포함한 고난도 치료 내시경 술기를 대상으로 개발되었으며, 전임상 동물 모델 연구에서 박리 시간 단축, 박리 속도 증가, 안정적인 시야 확보 및 결손부 완전 폐쇄 등의 이점을 보였다.^7,19,20 특히 하나의 로봇 장치로 견인과 봉합을 모두 수행할 수 있다는 점은 기존의 단계적 보조 기구 교체가 필요했던 ESD 술기의 구조적 한계를 개선할 수 있는 잠재적 장점으로 평가된다. 2025년 보고된 초기 임상 시험에서, ROBOPERA를 이용한 상부 위 병변에 대한 로봇 보조 ESD는 안정적인 견인 제공을 통해 박리면 노출과 시야 확보가 용이하였으며, en bloc 절제가 성공적으로 수행되었다.²¹ 특히 분문부 및 상부 위체부와 같이 접근과 견인이 어려운 부위에서도 로봇 그리퍼를 이용한 지속적이고 방향 조절 가능한 견인이 가능하여, 시술 흐름의 중단 없이 박리가 이루어졌고 중대한 시술 관련 합병증은 보고되지 않았다.²¹ ROBOPERA는 2025년 FDA 허가를 획득하였으며 CE 인증 작업 중에 있다.

Fig. 3.

(A) Overview of the ROBOPERA system. (B) Endoscopic submucosal dissection of rectal neuroendocrine tumor using the ROBOPERA system.

2) Flexible auxiliary single-arm transluminal endoscopic robot system

Flexible Auxiliary Single-arm Transluminal Endoscopic Robot (FASTER) (Robo Medical Robotics Institute, Jinan, China)는 견인 전용(single-function) 로봇 보조 장치로, 표준 연성 내시경 선단에 캡 형태로 부착되는 tendon-driven 로봇 팔로 구성된다.¹¹ 로봇 팔은 조직을 파지하여 들어 올리는 역할만 수행하며, 4 자유도와 최대 90° 관절 각도를 제공한다(Fig. 4). 본 시스템은 내시경 조작을 담당하는 내시경의와 로봇 팔을 원격 조작하는 보조 인력의 2인 조작 구조를 필요로 한다. FASTER 시스템은 전임상 돼지 모델에서 시술 효율성과 안전성 향상을 보였을 뿐만 아니라,²² 조기 위암 환자를 대상으로 한 무작위 파일럿 임상시험에서도 기존 ESD와 비교해 동등한 절제 성적과 수용 가능한 안전성을 보여 임상 적용 가능성이 확인되었다.^23,24 현재 CE 및 FDA 승인은 획득하지 않은 상태이다.¹¹

Fig. 4.

The flexible auxiliary single-arm transluminal endoscopic robot (FASTER) system. (A) The FASTER consists of 3 main components: a flexible robot arm, a driven unit, and a teleoperation controller. (B) The robot arm is attached to the tip of a conventional endoscope by a soft hood. (C) A single joystick is used as the controller. (D) The endoscopist is responsible for dissection, whereas the nurse operates the robotic arm to lift the lesion.

결 론

현재 개발 및 임상 적용이 이루어지고 있는 로봇 내시경 시스템은 크게 로봇 기반 다기능 내시경 플랫폼과 부착형 로봇의 두 가지 범주로 구분할 수 있다. 이 두 접근법은 구조적 설계, 임상 활용 방식, 그리고 기술적 확장성 측면에서 뚜렷한 차이를 보이며, 각각 고유한 장점과 한계를 지닌다. 플랫폼형 로봇은 다관절 구조와 독립적인 구동 메커니즘을 기반으로 하여, 기존 내시경 시스템 대비 정밀한 조작성, 안정적인 조직 조작, 다자유도 움직임을 제공한다. 이러한 특성으로 인해 복잡한 치료 내시경 술기, 특히 고난도 박리나 다기구 협업이 필요한 시술에서 기술적 우위를 보인다. 반면, 시스템의 크기와 복잡성, 높은 도입 비용, 전용 장비 및 숙련도 요구 등은 실제 임상 확산에 있어 제한 요소로 작용하고 있다. 이에 비해 부착형 로봇은 기존 상용 내시경에 장착하여 사용할 수 있도록 설계되어, 임상 접근성이 높고, 비용 부담이 상대적으로 적으며, 기존 술기 흐름을 크게 변경하지 않고도 로봇 보조 기능을 제공할 수 있다는 장점이 있다. 특히 견인이나 결손부 봉합과 같이 특정 기능에 특화된 설계는 실제 임상 환경에서 실용성을 높이는 요소로 평가된다. 그러나 작동 범위와 자유도의 제한, 다기능 통합의 한계는 향후 기술적 보완이 필요한 부분으로 남아 있다. 향후 로봇 내시경 기술의 발전은 이러한 두 접근법의 장점을 상호 보완하는 방향으로 이루어질 가능성이 크다. 플랫폼형 로봇에서는 시스템의 소형화와 비용 효율성 개선이 요구되며, 부착형 로봇에서는 다기능 통합과 조작성 향상이 핵심 과제로 남아 있다. 궁극적으로는 임상적 요구에 맞춘 모듈화 설계와 실제 인간 대상 연구를 통한 근거 축적이 로봇 내시경 기술의 지속적인 발전과 임상 정착에 중요한역할을 할 것으로 판단된다.

로봇 내시경 기술의 발전은 치료 내시경 시술을 보다 쉽고 안전하게 수행할 수 있게 하며, 시야 확보, 시스템 제어, 조작성, 그리고 술기의 정확도를 향상시킨다. 최근 내시경 로봇 기술은 자유도 확대, 조작성 개선 및 조작 지연을 줄이고 반응성을 향상하는데 초점을 맞추어 발전하고 있으나, 비용 효율성, 기존 장비와의 호환성, 그리고 시스템의 부피와 같은 한계로 인해 아직 상용화에 이르지 못한 경우도 많다. 이상적인 로봇 내시경 시스템은 경제적이면서도 시술자가 편안한 자세에서 정밀한 조작을 가능하게 하는 플랫폼이어야 한다. 치료 내시경 로봇 시스템의 가장 큰 잠재력은 학습 곡선을 완화하고, 시술자의 정신적·신체적 부담을 줄이며, 술기의 정밀성과 재현성을 향상시켜 고난도 치료 내시경 술기의 접근성을 넓히는 데 있다. 이러한 숙련도 향상과 표준화는 궁극적으로 수술 필요성 감소, 합병증 발생률 감소, 입원 기간 단축으로 이어질 수 있다. 더 나아가 로봇 내시경은 인공지능 기반 병변 탐지 및 진단 기술과의 융합을 통해, 향후 차세대 치료 내시경 기술을 확산·고도화하는 핵심 치료 장비로 발전할 것으로 기대된다.