초음파 천골 절골 로봇 시스템의 정확도와 깊이 제어: 수동 대비 예비 연구

초록

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본 연구는 초음파 절골기를 7자유도 로봇 팔에 결합한 자율형 천골 절골(RUSO) 시스템을 개발하고, 동일 조건의 Sawbones 모델에서 수동 초음파 절골(MUSO)과 비교하였다. 로봇은 평균 0.11 mm의 궤적 오차와 목표 깊이 8 mm에 대한 8.1 mm 실현으로 수동보다 10배 이상 정확도가 향상되었으며, 과다 관통을 방지한다는 장점을 보였다.

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상세 분석

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이 논문은 천골 절제라는 고위험 수술 영역에서 초음파 절골기의 정밀 제어를 목표로, 광학 트래킹 기반의 7 DoF 로봇 팔(KUKA LBR Med 14)과 Misonix BoneScalpel을 통합한 RUSO 시스템을 설계하였다. 핵심 기술은 (1) 로봇 베이스와 트래커 간의 Hand‑Eye 캘리브레이션을 AX = XB 방식으로 수행해 전체 좌표계를 일치시킨 점, (2) 고정된 피벗을 이용한 절골기 팁의 위치 추정을 통해 실시간 깊이 측정을 가능하게 한 점이다. 실험은 100 mm 직선 경로와 4 mm·8 mm 두 가지 목표 깊이를 설정하고, 각각 4회(MUSO)와 3회(RUSO) 반복하여 궤적 정확도(RMSE), 절삭 길이, 절차 시간, 실제 절삭 깊이 네 가지 지표를 정량화하였다. 결과는 RUSO가 0.11 mm RMSE(수동 1.10 mm 대비)와 목표 깊이 8 mm에 대해 8.1 mm를 달성함으로써 과다 관통(수동 16 mm) 문제를 근본적으로 해결함을 보여준다. 또한 로봇은 일정한 삽입·절삭·후퇴 사이클을 자동화함으로써 절삭 속도와 일관성을 확보했으며, 절차 시간은 수동보다 약간 감소하였다. 논문은 기존 CAN(Computer‑Assisted Navigation) 기반 수술이 여전히 인간 손에 의존해 2–4 mm 수준의 오차를 보이는 한계를 지적하고, 로봇이 제공하는 다방향(표면 궤적 + 깊이) 정밀 제어가 이러한 한계를 뛰어넘을 수 있음을 실험적으로 입증한다. 다만, 실험이 Sawbones와 같은 인공 모델에 국한됐으며, 실제 환자 해부학적 변이와 연부 조직·출혈 관리 등 임상 적용을 위한 추가 검증이 필요하다.

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