조이스틱으로 작동되는 로봇은 외과 의사가 원격으로 뇌졸중을 치료하는 데 도움이 될 수 있습니다

MIT 엔지니어들은 외과의가 뇌졸중이나 동맥류를 경험하는 환자를 원격으로 신속하게 치료할 수 있도록 원격 로봇 시스템을 개발했습니다. 수정된 조이스틱을 사용하면 한 병원의 외과의가 다른 위치에서 로봇 팔을 제어하여 환자의 생명을 구하고 뇌 기능을 보존할 수 있는 중요한 시간 동안 환자를 안전하게 수술할 수 있습니다.

자석을 통해 움직임을 제어하는 ​​로봇 시스템은 혈전으로 인한 뇌졸중을 치료하기 위해 응급 상황에서 수행되는 절차인 혈관 내 개입을 원격으로 지원하도록 설계되었습니다. 이러한 개입을 위해서는 일반적으로 외과의가 가는 와이어를 혈전으로 수동으로 안내해야 합니다. 그러면 혈전이 물리적으로 막힌 것을 제거하거나 약물을 전달하여 혈전을 부술 수 있습니다.

이러한 절차의 한 가지 제한은 접근성입니다. 신경혈관 외과의는 종종 외딴 지역에 있는 환자의 접근이 어려운 주요 의료 기관에 기반을 두고 있습니다. 특히 뇌졸중 발병 후 중요한 기간인 "골든 아워"에 치료를 받아야 합니다. 뇌 손상을 최소화합니다.

MIT 팀은 로봇 시스템이 소규모 병원에 설치될 수 있고 대규모 의료 센터의 숙련된 외과의가 원격으로 안내할 수 있다고 생각합니다. 이 시스템에는 손목에 자석이 부착된 의료용 로봇 팔이 포함되어 있습니다. 조이스틱과 실시간 영상을 통해 작업자는 자석의 방향을 조정하고 팔을 조작하여 동맥과 혈관을 통해 부드럽고 가는 자기 와이어를 유도할 수 있습니다.

연구원들은 뇌의 복잡한 동맥을 복제하는 혈관이 있는 투명한 모델인 "팬텀(phantom)"에서 시스템을 시연했습니다. 단 한 시간의 훈련으로 신경외과 의사는 로봇의 팔을 원격으로 제어하여 와이어가 미로처럼 얽힌 혈관을 통해 모델의 목표 위치에 도달하도록 유도할 수 있었습니다.

“환자를 시골에서 대도시로 이송하는 대신 간호사가 이 시스템을 구축할 수 있는 지역 병원에 갈 수 있다고 상상합니다. 주요 의료 센터의 신경외과 의사는 환자의 실시간 영상을 보고 로봇을 사용하여 그 황금 시간에 수술할 수 있습니다. 그것이 우리의 미래 꿈입니다.”라고 MIT의 기계 공학 및 토목 및 환경 공학 교수인 Xuanhe Zhao가 말했습니다. 그들의 연구 결과는 Science Robotics에 게재되었습니다. .

혈관 내 수술은 혈관 벽 손상을 방지하는 방식으로 신체의 동맥과 혈관을 통해 목표 위치로 가는 의료 와이어를 조심스럽게 비틀고 유도하는 것과 관련된 최소 침습적 전문 절차입니다. 절차는 일반적으로 외과 의사가 마스터하기 위해 수년간의 훈련이 필요합니다.

로봇 시스템은 혈관내 수술의 보조 기술로 연구되고 있습니다. 이러한 시스템은 주로 와이어를 신체의 혈관 구조를 통해 비틀면서 전진 및 후퇴시키는 모터 드라이브를 포함합니다.

제1저자인 김윤호는 “그러나 [외과의사]와 같은 수준의 정교함으로 로봇을 트위스트하는 것은 어려운 일”이라고 말했다. "우리 시스템은 근본적으로 다른 메커니즘을 기반으로 합니다."

팀의 새로운 시스템은 2019년의 작업을 기반으로 하며, 뇌 혈관의 실물 크기 실리콘 모델을 통해 자기 제어 스레드를 조종하는 것을 시연했습니다. 당시에는 수프 캔 크기의 휴대용 자석을 사용하여 수동으로 조작했습니다.

이후 그들은 의료용 로봇 팔의 끝에 자석을 부착했으며, 이 팔은 마우스의 작은 조이스틱 손잡이를 사용하여 조정할 수 있습니다. 조이스틱을 기울이면 연구원들은 자기 와이어가 따라갈 수 있는 방향으로 자석을 기울일 수 있습니다. 마우스의 버튼은 전동 선형 드라이브 세트를 제어하며, 이 드라이브는 와이어를 앞뒤로 움직이도록 전진 및 후퇴시킵니다.

와이어는 기존의 신경혈관 가이드와이어만큼 가늘고 유연하며 부드럽고 자기적으로 반응하는 팁이 자기장 방향을 따라 구부러집니다.

팀은 혈관 내 절차에 사용되는 표준 의료 영상 장비가 있는 수술실인 매사추세츠 종합 병원의 카테터 연구소에서 로봇 시스템을 테스트했습니다. 연구진은 실제 크기의 혈관 실리콘 모델과 함께 로봇 팔을 실험실에 설치했습니다. 그들은 모델의 라이브 비디오를 표시하는 모니터와 함께 조이스틱을 제어실에 설치했습니다. 그곳에서 운영자는 조이스틱을 사용하여 원격으로 선박을 통해 와이어를 조종하면서 비디오를 시청했습니다.

팀은 로봇 시스템을 사용하도록 신경외과 의사 그룹을 교육했습니다. 단 1시간의 교육 후에 각 외과의사는 수동 가이드와이어로 탐색하기 어려운 복잡한 혈관을 통해 와이어를 가이드하는 시스템을 성공적으로 작동할 수 있었습니다.

팀은 또한 로봇 시스템을 사용하여 모델에서 접근하기 어려운 영역에서 시뮬레이션된 혈전을 제거했습니다. 그들은 가이드와이어를 혈관을 통해, 그리고 날카로운 모서리와 회전 주위로 조종하여 연구원들이 혈전을 시뮬레이션한 영역에 도달했습니다. 일단 그들이 와이어를 혈전으로 안내하면 외과의는 표준 혈관내 방법을 사용하여 와이어를 따라 혈전 부위에 마이크로카테터를 끼웠습니다. 그들은 와이어를 집어넣고 카테터를 남겼고 이를 적용하여 혈전을 성공적으로 제거했습니다.

김 교수는 “마그네틱 가이드와이어의 주요 목적은 목표 위치에 빠르고 안전하게 도달하여 마이크로카테터와 같은 표준 장치를 사용하여 치료제를 전달할 수 있도록 하는 것”이라고 말했습니다. "우리 시스템은 길잡이와 같습니다."

그는 원격 조작 시스템이 더 많은 환자가 시간이 중요한 치료를 받는 데 도움이 되기를 희망합니다. 그는 또한 X선 영상의 방사선에 노출되는 동안 일반적으로 환자와 같은 방에서 이러한 혈관 시술을 수행하는 외과의사에게도 이점이 있다고 봅니다.

Zhao는 "신경외과 의사는 X선에 반복적으로 노출되지 않고 다른 방이나 다른 도시에서도 로봇을 조작할 수 있습니다."라고 말합니다. "뇌졸중이 사망 및 장기 장애의 주요 원인 중 하나라는 점을 감안할 때 이 기술이 전 세계 건강에 미치는 잠재적 영향에 대해 진심으로 기쁘게 생각합니다."