형우진 연세대 의대 세브란스병원 위장관 외과 교수는 지난 2016년 미국 존슨앤존슨(J&J)의 의료 부분 자회사 에티콘(Ethicon) 회장으로부터 이메일을 받았다. 로봇 위암 수술 세계 1인자로 통하는 형 교수는 2014년부터 J&J의 의료기기 부문 자문을 해 왔다. 에티콘 회장이 보낸 이메일은 “당신의 전문성이 에티콘의 수술용 로봇 개발에 큰 도움이 됐다”는 감사 인사였다.
형 교수의 머릿속은 복잡해졌다. 형 교수는 J&J 자문을 하기 전 국책연구기관과 의료용 로봇 프로젝트를 수행하고 있었다. 외과 수술에 필요한 의료용 로봇에 대한 아이디어를 형 교수가 제시하면 엔지니어들이 구현하는 방식인데, 이 작업은 영 지지부진했다. 그런데 자문만 한 J&J에서는 ‘고맙다’는 답이 온 것이다. 형 교수가 이러다 자신의 아이디어가 미국 대기업에 넘어갈 수도 있다는 생각에 고민했다.
일주일에 일곱 번 암 수술을 하는 서울의 대학 병원 의사들도 수술실에 들어가면 긴장한다. 살아있는 사람의 장기는 저마다 모양이 다르고 상태도 다르기 때문이다. 특히 췌장이나 콩팥, 간과 같은 장기와 달리 위장과 심장 같은 장기는 움직이기 때문에 수술이 더 어렵다. 췌장이나 콩팥이 가만히 놓인 두부라면, 위장은 배 속에서 요동을 친다.
이 때문에 소화기 외과 의사의 수술 실력은 ‘경험치’에 따른다. 경험이 쌓이면 시시각각 모양이 바뀌는 사람 장기라도 동물적 감각으로 수술해 낼 수 있기 때문이다. 하지만 의사의 감각에 사람의 생명을 고스란히 맡기기에는 불안하다. 환자의 목숨은 하나뿐이고, 배를 여는 수술은 단 한 번으로 끝나기 때문이다.
형 교수는 수술을 앞둔 환자에 맞춰서 수술을 미리 연습할 수 있는 시뮬레이션이 있다면 힘든 수술이 훨씬 쉬워지고, 또 정확해 질 것이라고 생각했다. 지금까지는 수술 전에 찍은 환자 CT(컴퓨터 단층촬영)를 영상의학과 의사들이 보고, 수술할 외과 의사들에게 장기 모양 등을 알려줬다. 수술을 외과 의사는 그 화면과 설명을 듣고 환자 배 속을 상상하는 식이었다.
형 교수는 세계 첫 로봇수술 기기인 다빈치의 세계 위암 수술 표준을 만들어 냈고, J&J, 구글 등과 협업하면서 자신감을 얻었다. 그리고 그렇게 지난 2017년 자신이 수술할 때 ‘꼭 있었으면 좋겠다’ 싶은 수술 보조 플랫폼을 개발하는 스타트업 ‘휴톰’을 창업했다.
휴톰이 개발하는 AI(인공지능)을 사용한 수술용 내비게이션(RUS·러스)의 핵심은 수술 받는 환자의 컴퓨터단층촬영(CT) 영상을 딥러닝을 활용해 3차원(D)으로 구현하는 것이다. RUS를 활용하면 개복을 하기 전에 수술 받을 환자의 배 속 장기와 그 주변 혈관을 미리 볼 수 있다. 형 대표는 “내비게이션에 3D지도가 있어서, 운전할 때 몇 m 앞에서 우회전을 할지 좌회전을 할 지 미리 알 수 있는 것처럼, 수술도 미리 알려준다고 이해하면 쉽다”라고 했다.
휴톰은 창업 3년차인 지난 2020년 AI 분야 세계 최대 콘퍼런스인 ‘2020 컴퓨터 비전 및 패턴 인식 콘퍼런스(CVPR)’에서 영상 인식 분야 1위를 기록했다. 신촌 세브란스병원과 빈센트 병원에서는 올해부터 이 플랫폼을 쓸 예정이다. 형 교수는 올해 초 일본위암학회에서 RUS플랫폼을 공개해 호평을 받았다. 형 대표를 최근 서울 서대문구 세브란스병원에서 만났다. 다음은 일문일답.
-로봇으로 위암 수술을 세계에서 가장 많이 한 기록을 갖고 있다.
“지난 2003년 세브란스병원에서 처음으로 복강경 수술을 했고, 지난 2005년 로봇 수술을 가장 처음으로 시도했다. 그런데 로봇 수술이 도입될 때만 해도 위암 수술은 적용을 못할 것이란 시각이 지배적이었다. 수술 자체가 워낙 어려우니까.”
-위암 수술이 많이 어려운가.
“흉부 안쪽의 장기들은 움직이기 때문에 기본적으로 수술이 쉽지 않다. 췌장이나 콩팥은 비교적 덜 움직인다. 두부를 연상하면 쉽다. 압력에 따라서 움직이긴 하지만 모양이 완전히 달라지지 않는다. 하지만 위장은 사정이 다르다. 소화를 시켜야 하니까 쉴 새 없이 움직이는데, 장기가 움직인다는 것은 모양이 바뀐다는 것이고, 모양이 바뀌는 것을 인식하는 건 쉽지 않다.”
-위암 수술을 돕는 AI로봇을 개발하는 스타트업을 창업한 계기가 있었나.
“2014년 미국 존슨앤존슨(J&J)에서 수술용 로봇 개발을 시작한다는 얘기를 들었다. 미국에 있는 의사 지인을 통해서 함께 일을 해 보자는 제안이 왔다. 그 당시 캐나다 의료기기 회사에서도 비슷한 제안이 왔는데, J&J쪽에서 더 적극적으로 도움을 요청해 손을 잡게 됐다. 로봇 수술 경험이 많은 의사로서 자문을 주는 역할이라고 생각했다. 새로운 로봇을 만들려면, 기능을 추가해야 한다. 애플과 삼성이 스마트폰에 더 좋은 기능을 장착하려는 것처럼. 그런 과정에서 나는 1년에 한두번 미국에 가서, 그 회사가 개발한 로봇을 보고 평가하고, 자문하는 역할을 했다.”
-자문하는 역할에서 개발하는 역할이 되길 바랐단 뜻인가.
“좀 더 얘기를 들어 달라. 2020년 J&J에서 구글의 수술용 로봇 스타트업인 버브 써지컬(Verb Surgical)을 인수하면서 새로운 세상을 봤다. 그 당시 한국에서 국책연구기관으로 비슷한 프로젝트를 하고 있었는데, 내가 원하는 결과들을 내기가 어려웠다. 그런데 버브 써지컬에서 일하는 구글 엔지니어들을 달랐다. 수개월에 한번씩 미국을 가는데, 새로운 성과들이 나 있었다.”
-구글 엔지니어들의 기술적 역량이 훨씬 뛰어났다는 뜻인가.
“알고보니 수술용 로봇인 다빈치를 개발한 스탠포드대학 로보틱스랩의 엔지니어들이 버브 써지컬에 통째로 합류해 있었다. 그 당시 한국과 미국의 과학기술 격차가 크다고 생각하던 때기 때문에 로보틱스랩의 사람들을 보는 것 자체만으로 벅찼다. 거기다 거기 엔지니어들과 대화를 하다보니, 내가 말하는 걸 다 구현을 해 내는 거였다.”
-구현하다니 어떤 뜻인가.
“나는 수술하는 의사이지 엔지니어가 아니지 않나. 수술을 쉽게 도와주는 프로그램이나 의료기기를 만들면 좋겠다는 생각은 있었지만, 내가 공학을 아는 것도 아니고, 이미지를 다룰 줄도 모르니까 그저 아이디어만 있었을 뿐이다. 그런데 내 아이디어를 얘기하니, 이걸 눈 앞에서 만들어 버리는 거였다. 한국에 국책기관 엔지니어들과 일할 때는 외과적 개념 설명에도 몇 날 며칠이 걸렸는데, 구글 엔지니어들은 굳이 설명하지 않아도 만들어냈다. 쇼킹했다.”
-버브써지컬에 합류하고 싶지는 않았나.
“J&J의 의료기기 사업부문의 대표가 보낸 이메일에 이른바 ‘현타’ 가 왔다. ‘당신의 전문성으로 버브 써지컬의 의료용 로봇 개발에 도움을 줘서 고맙다’는 내용이었다. 이러면 그들에게 그냥 다 내주는 거라는 생각이 들었다. 그 때 저들과 경쟁할 수 있을까라는 고민이 시작됐다. 주변인들에게 이런 고민을 나눈 끝에 회사를 경영하는 지인이 ‘회사 별로 어렵지 않다’고 해서 시작했다. 물론 지금 너무나 어렵지만 그때는 그렇게 시작했다.(웃음)”
-현재 로봇수술과 휴톰이 개발한 AI로봇수술은 무엇이 다른가.
“로봇 수술을 할 때 내시경 카메라를 배 속에 집어넣는다. 이 카메라로 장기를 바라보면서 수술을 하면 시야에 제약이 있다. 그래서 카메라의 위치를 정확히 예측하려면 배를 부풀리기도 한다. 하지만 그 전에 CT를 통해서 찍은 복부 사진으로 3차원 모델을 만들면, 마음대로 돌려볼 수 있다. 카메라 화면이 아니라 배를 직접 열어서 안쪽까지 보는 식으로 수술장면을 맞추는 것이다.
-좀 더 쉽게 설명해 줄 수 있나.
“지금 운전을 할 때 내비게이션이 내가 보는 도로 지도에 따라 ‘500m 앞에서 우회전 하라’고 진행방향을 알려준다. 그런데 지도를 보면 어떻나. 지도를 펼쳐놓고,우리가 있는 방향에 따라 돌려봐야 한다. 배 속 사진을 돌려서 상상해 수술하지 않아도 되니 훨씬 편하고, CT를 통해 환자 정보도 더 자세하게 볼 수 있다.”
-그런데 CT도 2차원 정보 아닌가.
“트레이닝을 많이 받은 영상 외과 의사들은 CT를 보면, 머릿속으로 배 속 장기를 3차원으로 재구성을 한다. CT 사진을 많이 본 경험 많은 의사들은 그게 된다고 하더라. 그런데 수술하는 외과의사들은 불가능하다. 그래서, 그런 3D 지도를 만들어서 수술하는 의사에게 주면 수술을 더 잘 할 수 있겠다는 생각에서 시작했다.”
-AI는 그럼 여기서 어떤 역할을 하나.
“CT를 3차원 영상으로 보여주는 작업을 한다. 베테랑 영상의학과 교수도 한 번에 한 개의 CT밖에 못 만들어낸다. 그런데 AI는 동시에 다 만들어낼 수 있다. 영상의학과 의사가 우리 팀에 있다. 자기가 생각했던 것보다 훨씬 더 잘 구현된다고 말했다. AI의 능력에 우리 둘 다 깜짝 놀랐다. 지금 모니터로 보지만, 수술 콘솔을 통해 3D로 보면 정말 다른 느낌이다.”
형 교수는 이날 연구실에 있는 모니터를 통해 직접 수술하는 장면을 구현했다. 그런데 형 교수가 커서를 배 왼쪽에 올리니, 화면에 노란 ‘경고’가 떴다. 그는 “이쪽에 구멍을 뚫고 기구를 넣으면 췌장에 기구가 부딪히니, 위치가 좋지 않다는 경고”라며 “이렇게 수술 전날에 화면을 보면서, 환자의 배 어디에 구멍을 뚫어야 기구가 정확히 들어가는지도 확인하고 수술 계획도 짤 수 있다”라고 설명했다. 화면 속에서는 파란색 붉은색 혈관들도 보였다.
-실제 수술할 때 혈관이 저 색으로 보이는 건가.
“아니다. 그냥 다 살색인데, 수술할 때 절제할 것, 절제하면 안 되는 혈관을 표시해 준다. 그리고 이 장면이 중요한 건, 사람마다 혈관의 위치 길이 그런 것들이 달라서 수술이 어렵다. 혈관의 직경은 1㎜(밀리미터)밖에 안된다. 이렇게 비슷하게 생긴 혈관들을 착각해서 잘못 건드리면 출혈이 생기고, 환자가 사망하게 된다. 그래서 출혈이 생기지 않게, 어떤 혈관을 클립으로 물어서 막는지 등의 길을 미리 알려주는 것이다.”
-화면으로 보면 혈관이 엄청 크게 보인다.
“로봇수술을 할 때는 15배로 확대한 화면을 보고 수술한다. 지금 보는 수술 장면은 매우 잘된 케이스라서, 장기의 핑크빛 살색이 보이는데, 대부분은 출혈이 있어서 모두 벌겋게 보인다.”
-그나저나 의대생들이 오큘러스를 쓰고, 수술을 트레이닝하는 것과는 다른 개념인가.
“그건 아마 정형화된 이미지를 보여주는 것으로 생각된다. 골절 수술 같은 경우는 트레이닝이 가능하다. 예를 들어 해부학 도감 모델을 만들어서 학생을 교육시킬 수 있다. 우리가 개발하는 모델은 수술하는 환자 개인 맞춤형이다. 실제 수술에 포함된다고 봐야 한다. 그리고 실제 수술할 때 의사들이 머리에 오큘러스 끼고 수술 못한다.”
-환자 맞춤형이라고 하면, 당장 내일 수술이 필요한 환자의 수술 지도도 만들어낼 수 있나.
“24시간 안에 만들어 내진 못한다. 평균 열흘 정도 걸리는데, 위암 수술은 당장 내일 수술이 잡히지 않는다. 암 수술은 계획된 수술이기 때문에, 응급 수술과는 조금 다른 개념으로 접근해야 한다. 그리고 어차피 내비가 있다고 운전을 다 잘하는 건 아니지 않나. 하지만 내비게이션이 있으면 길을 잘 찾아갈 확률이 높아진다.”
-현재 AI플랫폼을 임상 중인가.
“이 플랫폼을 활용해서 30명의 위암 환자를 수술했다. 수술은 모두 성공적으로 끝났다. 현재 위암에서 네비게이션 지도를 만들었고, 그다음엔 신장암, 이후엔 폐암 수술용 지도를 만들고 있다. 아마 올해 상반기 안에 신장암 지도를 완성해서, 인허가를 받고 올 가을에는 임상을 시작할 계획이다. 폐암은 내년 초로 생각을 하고 있다.”
-그나저나 원래 컴퓨터 공학 이런 데 관심이 많으셨나.
“전혀. 그냥 수술을 하는 게 좋다라고 생각을 했다. 외과의사가 좋은 것 중에 하나는 결과가 확실하다는 것이다. 수술을 하면 결과가 눈에 보인다.”
-그런데 로봇수술을 어떻게 시도하시게 됐나.
“외과 수술은 도제식으로 배운다. 이 부분을 고쳐야 한다고 생각했다. 외과 수술은 어느 일정 수준에 오르기까지 너무나 오랜 시간이 걸린다. 그런데 숙련도가 생길 때쯤이면 나이가 들어서 일을 못 하게 된다. 그러면 또 새로운 의사가 처음부터 수술을 시작하게 된다. 그래서 처음하는 수술이라도 안전하게 할 수 있는 방법은 없을까를 계속 고민했다.”
-이기적인 생각이지만, 대가의 자리를 오래 유지하려면 오히려 로봇은 배척할 대상 아닌가.
“나에게 배우러 오는 의사들에게 늘 하는 말이 있다. 당신들이 내 나이가 됐을 때 나보다 더 수술을 잘해야 한다. 그래야 내가 성공하는 것이다. 나만 잘하겠다는 인생은 실패라고 생각한다. 예를 들어 맛집이 있다고 생각하자. 그 식당 주인이 혼자 잘 되겠다는 욕심에 레시피를 공유하지 않고 사망해버리면, 그 레시피는 사라지는 거다. 음식이야 안 먹으면 되겠지만, 우리는 환자의 생명을 다루는 사람 아닌가.”
형 교수는 “그런 행동은 굉장히 나쁜 짓인 것 같다”라고도 했다. 그러면서 그는 자신의 첫 로봇 수술 경험을 공유했다. 그는 “로봇 수술을 해 보니 그동안 수백 번 수술하면서 얻는 내 경험은 아무것도 아닌 것처럼 느껴졌다”라고 말했다. 형 교수는 그 당시 세계에서 복강경 수술을 가장 많이 한 의사로 유명했던 터였다.
형 교수에게 새로운 기술을 빨리 받아들이라는 뜻이냐고 묻자 이런 답이 돌아왔다. “지금까지 외과 의사를 노가다(막일꾼)라고 불러요. 수술이 물리적으로 힘이 드니까. 하지만 앞으로 달라질 겁니다. 챗 GPT 같은 오픈 AI를 두고 이러쿵저러쿵 말하지만, 사실 다 놀라잖아요. 세상은 정말 빠르게 변해요.”