보이지 않는 위험까지 눈으로 확인: FLIR GF343을 이용해 수술실을 더욱 안전하게 만드는 방법에 대한 연구
수술실 의료진의 안전 보장을 보장하기 위해서는 수술실의 공기질을 개선해야 합니다. 공기질과 흐름을 적절히 조절하면 코로나19를 포함한 환자와 의료진 간의 공기 매개 감염을 줄일 수 있습니다. 아일랜드 더블린 대학교의 연구진은 이러한 감염이 어떻게 퍼지는지 분석하여, 적어도 침습적 시술이 시행되는 수술실에서 이산화탄소(CO2)를 사용하는 것이 의료진의 감염률을 낮추는 데 어떻게 기여할 수 있는지 연구를 진행하고 있습니다. 수술 시, 이산화탄소의 영향을 연구하기 위해 연구진은 이산화탄소를 시각화해서 보여줄 수 있는 OGI(광학 가스 이미징) 카메라인 FLIR GF343은 의료 분야나 수술용으로 개발되거나 판매되는 카메라가 아니라는 점을 기억할 필요가 있습니다. 그럼에도 연구진은 열화상 기술의 장점에 착안해 수술 환경에 대한 이해도를 높이고자 카메라를 도입해 사용한 것입니다.
FLIR GF343 카메라
COVID-19 발병 이후 외과 병동 의료진이 직면한 리스크
자료에 따르면 의료진 가운데 코로나19 감염 건의 30%는 이미 코로나19에 감염되어 있는 환자의 재채기, 기침, 말하기 등을 통해 발생한 에어로졸 입자가 원인이 되어 감염된 것으로 나타났습니다. 수술실 의료진을 코로나19로부터 보호하기 위한 방편으로 현재는 부가적인 개인 보호장구(PPE)를 착용하는 방안에 더해, 이제는 수술실에서 양압 환기 및 지속적인 공기 교환과 같은 방법도 사용되고 있습니다. 이러한 예방 조치에도 불구하고 수술실 내부 공기의 질은 수술에 사용되는 장비의 수, 의료진의 인원 규모, 환자의 상태에 따라 저하될 수 있습니다. 특히, 소작 시에 발생하는 연기, 에어로졸화 가스, 각종 액체, 화학 물질 및 병원체 입자는 수술실에서 감염을 퍼뜨릴 위험이 있습니다. 다행히도 코로나19가 특히 기승을 부렸던 격리 기간 동안에는 비응급 수술이 취소되면서 전문가들은 감염률을 낮추기 위한 새로운 안전 방안을 연구할 기회를 가질 수 있었습니다. 그 중에서도 의사들은 최소침습수술(MIS) 시 누출되는 의료용 가스의 양과 감염 확산의 역할에 주목하였습니다.
수술에서 이산화탄소의 역할
최소침습수술 또는 내시경 수술은 최소한의 절개를 이용해 신체 내부에 접근하는 수술 방법입니다. 이러한 최소침습수술을 시행할 때에는 종종 의료용 이산화탄소를 사용하여 체강을 확장하고 안정화 함으로써 수술 시 가시성을 확보하고 신체 내부에서 수술 도구의 조작성을 제고하는 경우도 있습니다. 이산화탄소는 불연성이고 저렴한 동시에 공기보다 혈액 용해도가 높기 때문에 수술 시에 매우 유용한 가스입니다. 문제는 새어 나오는 이산화탄소 가스, 소작 연기 및 가스 누출을 통해 퍼지는 에어로졸화 된 세포는 수술실 내 질병 감염의 위험을 높인다는 데에 있습니다.
코로나19 팬데믹 초기에 확보한 데이터에 따르면, 수술 전에 환자를 신중히 선별한 경우에도 코로나19 바이러스는 대장직장 수술에서 혈액과 대변에서 여전히 발견되기도 하였습니다. 완벽하게 걸러낼 수 없는 코로나19 바이러스의 특성과 더불어, 이산화탄소 가스의 누출 가능성은 수술실 의료진을 감염성 입자에 노출시키는 등 매우 현실적인 위험으로 작용할 수 있습니다.
잠재적 위험 조사
마터 미서리코디에 병원(Mater Misericordiae Hospital)과 더블린대학교(University College of Dublin)의 외과 교수인 로난 케이힐(Ronan Cahill) 교수는 이산화탄소 가스 누출이 감염의 원인이 될 수 있다는 사실에 주목하였습니다. 케이힐 교수는 “의과의로서는 이산화탄소 누출이 그리 큰 문제가 되지 않을 것이라고 보기는 했지만, 의료학을 연구하는 학자로서 누출 규모를 정량적으로 확인하고 그 중요성을 한 번 입증해 보고 싶었습니다”라고 설명하며, “그래서 저는 UCD 소재 기계공학부에서 학생들을 가르치고 있는 케빈 놀란 박사님께 문의를 드려보았습니다”라고 덧붙였습니다.
케빈 놀란(Kevin Nolan) 박사는 공기 굴절률의 국부적 변화를 시각화 하는 항공 실험에서 널리 사용되는 이미징 기술인 슐리렌(Schlieren) 이미징과 관련하여 상당한 경험을 가지고 있는 공학 전문가입니다. “저는 이산화탄소가 주입된 체강에서 나오는 유출(가스 누출)을 대상으로 슐리렌 검사를 수행해 보았습니다”라고 놀란 박사는 말하며, “검사 과정에서 외과 시뮬레이션 모델의 4등급 레이저를 이용해 입자를 조명하고 슈퍼 슬로우 모션 팬텀 카메라로 이를 캡처하기도 하였습니다. 하지만, 수술실에서 이런 복잡한 장비를 도입하는 것은 어려울 수 있습니다”라고 전했습니다. 특히, 레이저의 경우, 입자를 눈으로 보여준다는 장점은 있었지만, 실제 사람이 있는 공간에서 레이저를 사용하는 것은 위험하고 실용성이 떨어진다는 치명적인 단점을 지니고 있습니다.
이에, 놀란 박사와 케이힐 교수는 의료용 가스를 시각화 할 수 있는 다른 방법을 찾아야 한다고 판단하였습니다. 그러던 중, 둘 다 우연히 일상의 이산화탄소 배출을 가시화하는 특수 필터로 열화상 이미지를 보여주는 루이 시호요(Louie Psihoyo)의 “레이싱 익스팅션(Racing Extinction)”이라는 기후 변화 관련 다큐멘터리를 보게 되었습니다. 케이힐 교수는 다큐멘터리에 사용된 기술에 대해 자세히 알아보고 이 기술이 연구에 실제로 도움이 될 수 있는지 확인하기 위해 시호요 감독에게 직접 연락을 해보았습니다.
실용적인 솔루션
기존의 레이저를 대체할 대안을 찾은 케이힐 교수와 놀란 박사는 연구비와 예산을 확보하고 FLIR GF343 광학 가스 이미징 카메라를 도입하기 위해 발빠르게 움직였습니다. GF343은 이전 슐리렌 방식에 비해 훨씬 간편하고 설치도 쉬워, 도입 즉시 장점이 명백히 드러났습니다. 케이힐 교수의 가장 큰 목표는 ‘투관침’과 수술용 밸브라고 하는 장치가 사용될 때 발생하는 가스 누출을 관찰하는 것이었습니다. 외과의들은 대장 및 기타 복부 수술 시, 이러한 투관침과 밸브를 사용하여 특수 기구를 삽입, 이동, 회수 등을 시행합니다. GF343은 누출되는 가스를 정확하게 보여주었습니다. 카메라는 일반적으로 눈에는 보이지 않는 이산화탄소가 밸브에서 흘러나와 넓은 영역으로 퍼지는 것을 보여 주었는데, 가스 누출은 수술이 계속 진행되는 동안 밸브 부분의 핏이 자연스럽게 느슨히 짐에 따라 증가하는 것이 확인되었습니다.
케이힐 교수와 놀란 박사가 촬영한 영상은 이산화탄소가 밸브서 누출되고 실험에 사용된 모형의 팔을 가로질러 퍼지는것을 보여줍니다.
케이힐 교수의 원래 목표는 수술 중에 누출되는 가스의 양을 시각화해서 보여주는 것이었지만, 결과는 케이힐 교수의 예상을 훨씬 뛰어넘는 수준이었습니다. 해당 연구는 수술실 의료진들이 지금까지 추정해온 것보다 훨씬 더 많은 누출과 입자에 노출되어 있음을 확인시켜주었습니다. 더불어, 케이힐 교수와 놀란 박사의 연구는 환자와 의료진을 공기로 전염되는 바이러스의 확산으로부터 보호하기 위해 필요한 추가 노력에 대한 인식을 제고하고 확산하는 데에도 중요한 역할을 하였습니다. 필요할 때에만 수술실에 들어가는 외과의들은 일반적으로 크게 걱정할 필요가 없지만, 하루에 수술실에 어려 차례 들어가야 하는 간호사나 기타 의료진은 가스 누출에 대한 관심이 증가하면 앞으로 도움을 받을 수 있을 것이라고 케이힐 박사는 전했습니다.
해당 연구는 아일랜드 더블린 소재 마터 미서리코디에 대학 병원과 프랑스 스트라스부르에 있는 IRCAD-EITS에서 ‘에어로졸화 된 바이러스로부터 수술실 의료진 보호(PORSAV)’라는 컨소시엄 어워드의 일환으로, 여러 수술실 의료진을 대상으로 하여 수행되었습니다.
