소프트 로봇 도구는 혈관 내 수술에 새로운 ‘눈’을 제공합니다

슈투트가르트에 있는 막스 플랑크 지능형 시스템 연구소의 과학자들은 언젠가 최소 침습 혈관내 수술을 변화시킬 수 있는 소프트 로봇 도구를 개발했습니다. 두 부분으로 구성된 자기 도구는 가장 좁고 가장 구부러진 혈관에서도 협착과 같은 부분적인 혈관 막힘의 미세한 형태학적 세부 사항을 실시간으로 시각화하는 데 도움이 될 수 있습니다. 또한 만성 완전 폐쇄와 같은 심각한 막힘을 통과할 수도 있습니다. 이 도구는 언젠가 혈관내 의료기기에 대한 인식을 한 단계 더 발전시킬 수 있습니다.

혈관 내 영상 기술과 마이크로카테터 시술이 더욱 발전하여 많은 질병의 진단과 치료에 혁명을 일으키고 있습니다. 그러나 현재의 방법으로는 조영제의 불균일한 확산과 폐쇄된 혈관에 안전하게 접근하기 어려운 등의 한계로 인해 폐쇄된 혈관 내에서 보이는 것과 같은 혈관 질환의 미세한 특징을 정확하게 검출하지 못하는 경우가 많습니다. 이러한 제한으로 인해 환자의 즉각적인 개입과 치료가 지연될 수 있습니다.

슈투트가르트에 있는 막스 플랑크 지능형 시스템 연구소의 과학자들은 이 문제를 연구했습니다. 그들은 매우 얇은 장어처럼 보이는 소형 ​​연자성 도구를 개발하기 위해 소프트 로봇공학과 미세 가공의 개념을 활용했습니다. 이 도구는 언젠가 혈관내 장치의 감지 기능을 한 단계 더 발전시킬 수 있습니다. 논문과 비디오를 통해 팀은 혈류에 의해 구동되는 도구가 날카로운 굴곡, 곡선 또는 장애물이 있는 가장 좁은 인공 혈관을 통해 어떻게 이동하는지 보여줍니다.

도구가 부분적으로 막힌 동맥과 같은 폐색 지점에 도달하면 외부 자기장을 고려하여 파도와 같은 변형을 수행합니다(자세한 내용은 아래 참조). 그러면 변형된 연체는 주변의 폐색된 구조물과 부드럽게 접촉하게 됩니다. 마지막으로, 철회된 장치의 실시간 모양은 혈관 내의 형태학적 세부 사항을 ‘표시’하여 폐색 시 약물 방출을 촉진할 뿐만 아니라 다음 치료를 위한 스텐트 및 풍선과 같은 의료 장치의 크기 및 배치를 촉진합니다. .

혈액이 흐를 수 있는 작은 미세 채널만 있어 심각한 폐색이 있는 경우, 도구는 혈액의 힘을 사용하여 이러한 좁은 채널을 통해 쉽게 미끄러질 수 있습니다. 선택한 경로는 외과의사에게 다음 의료 수술을 위해 어떤 접근 경로를 취해야 하는지 알려줍니다.

“혈관협착증이나 만성전폐쇄 등 좁은 혈관내 질환을 진단하고 치료하는 방법은 아직 매우 제한적입니다. 신체 내 매우 복잡한 혈관 네트워크에서 이러한 영역을 정확하게 감지하고 횡단하는 것은 어렵습니다.”라고 MPI-IS 물리 지능 부서의 방문 연구원인 Yingbo Yan은 말합니다. 그는 2023년 8월 18일 Science Advances에 게재된 “빛이 차단된 형태 감지를 위한 자기 보조 소프트 밀리 도구” 논문의 첫 번째 저자입니다. “우리는 언젠가 우리의 새로운 소프트 로봇 도구가 정확하게 감지하는 데 도움이 될 수 있기를 바랍니다. 신체 내의 복잡하고 좁은 혈관을 탐색하고 보다 효과적으로 치료를 수행하여 잠재적인 위험을 줄입니다.”

이 작고 부드러운 도구에는 20mm 길이의 자기 활성 변형 세그먼트(ADS)와 5mm 길이의 유체 드래그 구동 세그먼트(FDS)가 있습니다. ADS의 자화 프로파일은 진동 샘플 자력계로 사전 프로그래밍되어 균일한 자기장을 제공합니다. 외부 자기장 하에서 이 부품은 정현파 형태로 변형될 수 있어 주변 환경에 쉽게 적응하고 다양한 형태로 변형될 수 있습니다. 따라서 후퇴하는 동안 ADS 모양 변화를 지속적으로 모니터링하면 혈관 내 부분 폐색에 대한 자세한 형태학적 정보를 제공할 수 있습니다.

FDS는 연질 폴리머를 사용하여 제조되었습니다. 측면의 작은 빔은 들어오는 흐름의 유체 끌림으로 인해 구부러집니다. 이러한 방식으로 전체 도구는 유속이 가장 높은 영역으로 이동됩니다. 따라서 진행하는 동안 FDS의 위치를 ​​알면 심각한 폐색 내에서 마이크로채널의 위치와 경로를 정확히 찾아낼 수 있습니다.

“뇌와 같이 말초 및 도달하기 어려운 혈관 영역에서 혈관 질환을 감지하는 것은 임상적으로 더 어려울 수 있으며, 우리 도구는 연결되지 않은 모드에서 Stentbot과 함께 작동할 수 있습니다.”라고 물리과의 박사후 연구원인 Tianlu Wang은 말합니다. 지능.. MPI-IS와 이 작품의 또 다른 첫 번째 저자입니다. “Stentbot은 최근 연구 그룹에서 개발한 원위 혈관계의 운동 및 의료 기능에 사용되는 무선 로봇입니다. “우리는 이 새로운 소프트 로봇 도구가 무선 로봇에 새로운 기능을 추가하고 이러한 까다로운 지역에서 새로운 솔루션에 기여할 수 있다고 믿습니다.”

“우리 도구는 최소 침습 의학을 크게 향상시킬 수 있는 잠재력을 보여줍니다. 이 기술은 이전에 접근하기 어려웠던 영역에 도달하고 감지할 수 있습니다. 우리는 우리 로봇이 협착증이나 CTO 등의 진단과 치료를 보다 정확하고 시기적절하게 수행하는 데 도움이 되기를 바랍니다.”라고 Koç 대학교 교수이자 MPI-IS 물리 지능 부서 책임자인 Metin Sitti는 말합니다. ETH 취리히.