로봇은 최소한의 인간의 도움으로 연조직 수술을 수행합니다.

로봇이 다음 수술을 계획하고 수행한다면? Johns Hopkins University의 한 팀이 이 아이디어를 현실로 만들기 위해 노력하고 있습니다.

로봇 보조 수술의 개념은 새로운 것이 아닙니다. 여러 시스템이 이미 개발되어 인간 환자를 치료하는 데 사용되고 있습니다. 한 예로 외과 의사가 원격으로 제어하는 ​​로봇 팔이 있는 복강경 장치인 다빈치 수술 시스템이 있습니다. 이 시스템은 자율적이지 않습니다. 로봇은 어떤 수술 작업도 독립적으로 수행하지 않습니다.

TSolution One ^® 과 같이 더 높은 수준의 자율성을 가진 다른 로봇 시스템이 개발되었습니다. , 로봇을 사용하여 미리 지정된 계획에 따라 뼈를 정확하게 절단합니다.

기존의 자율 로봇 시스템은 고관절이나 무릎 임플란트를 위해 뼈를 뚫는 것과 같이 경조직과 관련된 수술을 지원하는 데 주로 사용되었습니다. 그러나 이러한 시스템은 환자가 호흡할 때 발생하는 예측할 수 없는 조직 움직임을 설명하거나 수술 도구의 크기 제한과 같은 고유한 문제가 있는 연조직 수술에는 사용되지 않았습니다.

현재 NIBIB의 지원을 받는 연구원들은 외과의사의 도움을 최소화하면서 장 수술을 수행할 수 있는 자율 로봇을 개발하고 있습니다. 더욱이 로봇은 전임상 모델에서 일대일로 비교할 때 전문 외과의를 능가했습니다. 알려진 최초의 자율 복강경 연조직 수술을 보여주는 이 로봇의 개발에 대해 자세히 설명하는 연구가 Science Robotics에 최근 게재되었습니다. .

디스커버리 과학 및 기술 부서의 프로그램 책임자인 Moria Bittmann 박사는 "수술 결과는 외과 의사의 기술과 경험에 크게 좌우되며, 장 수술에서 한 바늘 실밥도 내부 누출 및 감염으로 이어질 수 있습니다."라고 말했습니다. 국립 생물의학 영상 및 생물 공학 연구소에서. "이 전임상 작업은 연조직에서 자율 로봇 수술을 향한 중요한 단계이며, 이는 외과의사와 무관하게 인간 환자에게 향상된 효능과 안전성을 제공할 수 있습니다."

STAR(스마트 조직 자율 로봇용)라고 하는 로봇은 존스 홉킨스 대학의 Axel Krieger 박사와 그의 동료들이 개발했습니다. 지금까지 로봇은 외과 의사의 감독과 지도하에 두 개의 소장을 꿰매어 하나의 연속적인 섹션을 형성하는 장 문합을 수행하도록 개발되었습니다. Krieger는 로봇이 절차를 수행하는 방법을 설명했습니다. 외과의가 수동으로 조직 가장자리를 노출한 후 STAR는 이미지를 촬영하고 조직의 모양과 두께에 따라 봉합사 배치 계획을 개발합니다. 작업자가 계획을 승인하면 STAR가 독립적으로 조직을 함께 꿰매게 됩니다. 조직이 변형되거나 설정된 임계값 이상으로 이동하는 경우 STAR는 외과의에게 새로운 수술 계획을 세워야 하는지 묻습니다. 로봇이 전체 절차를 완료할 때까지 이 과정을 반복합니다.

"새로운 봉합 도구, 이미징 시스템, 기계 학습 알고리즘 및 로봇 제어를 통합함으로써 STAR 시스템은 연조직에서 자율 복강경 수술의 문제를 극복할 수 있습니다."라고 Krieger가 말했습니다. "STAR는 수술 장면을 시각화하고 수술 계획을 생성한 다음 높은 정확도와 정밀도로 계획을 실행할 수 있습니다." 그러나 그는 STAR가 외과의를 대체하기 위한 것이 아니라고 지적했습니다. "STAR와 같은 자율 로봇은 외과 의사와 함께 수술 워크플로에 통합되도록 설계되어 정확하고 반복적인 작업의 수행을 향상시키고 궁극적으로 환자마다 수술 일관성을 향상시킵니다."

STAR가 전문 외과의와 비교하여 얼마나 잘 수행했는지 평가하기 위해 연구자들은 "팬텀" 장 조직을 모델 시스템으로 사용했습니다. 합성 소장은 수술 중 발생하는 호흡 동작을 시뮬레이션하는 앞뒤로 움직이도록 프로그래밍된 선형 스테이지에 장착되었습니다. 또한 이러한 실험 동안 팬텀 조직이 무작위로 회전하고 변형되어 STAR 또는 외과의가 일시 중지하고 재편성하고 절차를 완료해야 한다고 그는 말했습니다. STAR는 팬텀 조직에 대해 5번 절차를 수행했으며 4명의 외과의는 2가지 다른 방식으로 절차를 수행했습니다. 두 번은 기존 수동 복강경을 사용하고 두 번은 다른 로봇 지원 시스템을 사용했습니다.

전문 외과 의사와 비교할 때 STAR는 실수가 적고 봉합 간격과 깊이가 더 일관되었습니다. 또한 연구원들이 절제된 팬텀 창자를 통해 점성 액체를 흘렸을 때 흐름이 STAR에 의해 재구성된 조직에서 가장 층류(매끄럽고 유선형)인 것을 발견했으며, 이는 전문 외과의가 수행한 문합보다 더 높은 품질의 문합을 나타냅니다.

마지막으로 대형 동물 모델에서 STAR의 성능을 평가했습니다. 5마리의 돼지에 대해 장 문합을 수행하였다. 4마리의 동물에 대해서는 STAR를 통해 절차를 수행하고 다섯 번째 동물에 대해서는 전통적인 수동 복강경을 통해 절차를 수행했습니다. 팬텀 실험과 유사하게 STAR는 전문 외과 의사에 비해 실수가 적습니다. 또한 연구원들이 수술 후 7일 동안 절제된 장이 얼마나 잘 치유되었는지 분석했을 때 두 가지 다른 수술 방법 간에 상처 치유에 눈에 띄는 차이가 없었습니다.

"우리의 결과는 STAR가 봉합 작업을 수행할 때 전문 외과의사보다 더 일관되고 정확하다는 것을 나타냅니다."라고 Krieger가 말했습니다. 그는 그들의 발견이 자율 수술 로봇이 외과 치료를 민주화할 수 있는 가능성을 보여주며 이는 더 예측 가능하고 일관된 환자 결과로 이어질 수 있다고 언급했습니다.

Krieger는 "많은 사람들이 전통적으로 인간이 수행하는 특수 작업을 기계가 수행하는 것에 대해 주저할 수 있지만 로봇 시스템은 의료 환경에서 환자 결과를 개선할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다."라고 말했습니다. “대중이 크루즈 컨트롤, 차선 지원 및 자동 주차 기능의 점진적인 유입을 수용한 것처럼 궁극적으로 자율 주행 자동차로 이어질 것입니다. 의료 로봇 분야에서도 비슷한 발전을 보게 될 것입니다. "