원격 텔러로봇 시스템, 외과 의사가 뇌졸중 환자 실시간 원격 치료 가능케 해

MIT 엔지니어들이 뇌졸중이나 동맥류를 겪는 환자를 외과 의사들이 신속하고 원격으로 치료할 수 있게 돕는 텔러로봇 시스템을 개발했다. 수정된 조이스틱으로 한 병원의 외과 의사가 다른 위치의 로봇 팔을 제어해 환자의 생명을 구하고 뇌 기능을 보존할 수 있는 결정적 시간 창에 안전하게 수술할 수 있다.

자석으로 움직임이 제어되는 이 로봇 시스템은 혈전으로 인한 뇌졸중 치료를 위한 응급 시술인 혈관내 중재술(endovascular intervention)을 원격 지원하도록 설계됐다. 그런 중재술은 일반적으로 외과 의사가 얇은 와이어를 혈전까지 수동으로 안내해 물리적으로 막힘을 제거하거나 약물을 전달해 녹이는 방식이다.

그런 시술의 한계는 접근성이다: 뇌혈관 외과 의사들은 주로 주요 의료 기관에 있어 원격 지역 환자들이 도달하기 어렵다. 특히 '골든 아워(golden hour)' — 뇌졸중 발병 후 뇌 손상을 최소화하기 위해 치료가 이뤄져야 하는 결정적 기간 — 동안엔 더 그렇다.

MIT 팀은 이 로봇 시스템을 소규모 병원에 설치하고 대형 의료 센터의 훈련된 외과 의사들이 원격으로 가이드하는 것을 구상한다. 시스템은 의료용 로봇 팔에 손목에 자석이 부착된 형태다. 조이스틱과 실시간 영상으로 조작자는 자석 방향을 조정하고 팔을 조작해 부드럽고 얇은 자기 와이어를 동맥과 혈관을 통해 안내한다.

연구자들은 '팬텀(phantom)' — 뇌의 복잡한 동맥을 복제한 투명 모델 — 에서 시스템을 시연했다. 단 1시간 훈련만으로 신경외과 의사들이 로봇 팔을 원격 제어해 와이어를 혈관 미로를 통과시켜 모델의 목표 위치에 도달하게 했다.

"환자를 시골 지역에서 대도시로 이송하는 대신, 간호사들이 이 시스템을 세팅할 수 있는 지역 병원으로 갈 수 있게 하는 게 우리 꿈입니다. 대형 의료 센터의 신경외과 의사가 환자 실시간 영상을 보며 로봇으로 그 골든 아워에 수술할 수 있게요."라고 MIT 기계공학과 및 토목환경공학과 교수 자오 쉬안허(Xuanhe Zhao)는 말했다.

자오 교수팀은 연구 결과를 사이언스 로보틱스(Science Robotics)에 발표했다. 팀의 새 시스템은 2019년 작업, 즉 실물 크기 실리콘 뇌혈관 모델에서 자석 제어 실을 조종한 작업을 기반으로 한다. 당시엔 수프 캔 크기의 휴대용 자석을 수동 조작했다.

이후 자석을 의료용 로봇 팔 끝에 고정했고, 마우스의 작은 조이스틱 노브로 조향할 수 있게 했다. 조이스틱을 기울이면 자석이 자기 와이어가 따를 방향으로 기울어진다. 마우스 버튼은 모터 구동 선형 드라이브 세트를 제어해 와이어를 전진/후진시킨다.

와이어는 기존 신경혈관 가이드와이어처럼 얇고 유연하며, 자기장에 따라 방향을 따르고 구부러지는 부드러운 자기 반응성 팁을 가진다.

로봇 시스템은 MGH의 카테터 랩 — 혈관내 시술에 사용되는 표준 의료 영상 장비를 갖춘 수술실 — 에서 테스트됐다. 연구자들은 로봇 팔을 랩에 설치하고 실물 크기 실리콘 혈관 모델을 함께 뒀다. 조이스틱과 모델 실시간 영상을 보여주는 모니터를 제어실에 뒀다. 단 1시간 훈련 후 신경외과 의사들이 복잡한 혈관을 수동 가이드와이어로 탐색하기 어려운 영역을 로봇 시스템으로 성공적으로 안내했다.

팀은 로봇 시스템으로 모델 내 접근 어려운 영역의 시뮬레이션 혈전 제거도 시연했다. 가이드와이어를 혈관을 통해 급커브와 회전을 지나 혈전 시뮬레이션 영역에 도달시켰다. 와이어를 혈전까지 안내한 후 외과 의사들은 표준 혈관내 방법으로 마이크로카테터를 와이어를 따라 혈전 부위까지 스레딩했다. 와이어를 제거해 카테터만 남기고, 이를 적용해 혈전을 성공적으로 제거했다.

MIT 팀은 원격 조작 시스템이 더 많은 환자들이 시간 크리티컬 치료를 받도록 도울 수 있길 희망한다.

자세한 정보는 사라 맥도넬(Sarah McDonnell)에게 문의: 이메일(스팸봇 보호, 자바스크립트 필요) / 전화: 617-253-8923.