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MIT 엔지니어들은 뇌의 미로 같은 혈관계와 같이 좁고 구불구불한 경로를 통해 능동적으로 활공할 수 있는 자기 조종이 가능한 와이어형 로봇을 개발했습니다.
미래에는 이 로봇 스레드가 기존 혈관 내 기술과 결합되어 의사가 환자의 뇌 혈관을 통해 로봇을 원격으로 안내하여 동맥류나 뇌졸중에서 발생하는 막힘과 병변을 신속하게 치료할 수 있게 될 것입니다.
“뇌졸중은 미국에서 사망 원인 5위이자 장애 원인 1위입니다.급성 뇌졸중을 처음 90분 정도 안에 치료할 수 있다면 환자의 생존율이 크게 향상될 수 있습니다.”라고 MIT 기계 공학과 토목 및 환경 공학 부교수인 Zhao Xuanhe가 말했습니다. “혈관을 역전시키는 장치를 설계할 수 있다면 이 '전성기' 기간 동안 막히면 잠재적으로 영구적인 뇌 손상을 피할 수 있습니다.그것이 우리의 희망입니다.”
주저자 MIT 기계공학과 대학원생 김윤호를 포함한 Zhao와 그의 팀은 오늘 Science Robotics 저널에 소프트 로봇 디자인을 설명했습니다. 이 논문의 다른 공동 저자는 MIT 대학원생인 독일인 Alberto Parada와 방문 학생입니다. 류성두.
뇌에서 혈전을 제거하기 위해 의사는 일반적으로 외과의사가 환자의 주요 동맥(일반적으로 다리나 서혜부)을 통해 얇은 실을 삽입하는 최소 침습 절차인 혈관내 수술을 수행합니다. 혈관의 이미지를 촬영한 다음 외과 의사는 수동으로 와이어를 손상된 뇌 혈관 위로 회전시킵니다. 그런 다음 카테터를 와이어를 따라 통과시켜 약물이나 혈전 회수 장치를 영향을 받은 부위에 전달할 수 있습니다.
김 박사는 이 시술은 육체적으로 힘들 수 있으며 외과의사가 투시법의 반복적인 방사선 노출을 견딜 수 있도록 특별한 훈련을 받아야 한다고 말했습니다.
“이것은 매우 까다로운 기술이며, 특히 교외나 시골 지역에서는 환자에게 서비스를 제공할 외과의가 충분하지 않습니다.”라고 김씨는 말했습니다.
이러한 시술에 사용되는 의료용 가이드와이어는 수동형이므로 수동으로 조작해야 하며, 종종 금속 합금 코어로 만들어지고 폴리머로 코팅되어 있어 마찰을 일으키고 혈관 내막을 손상시킬 수 있다고 김씨는 말했습니다. 좁은 공간.
팀은 연구실의 개발이 가이드와이어 설계 및 관련 방사선에 대한 의사의 노출을 줄이는 측면에서 혈관내 시술을 개선하는 데 도움이 될 수 있다는 것을 깨달았습니다.
지난 몇 년 동안 팀은 하이드로겔(대부분 물로 만들어진 생체 적합성 재료)과 3D 프린팅 자기 작동 재료에 대한 전문 지식을 구축했습니다. 이 재료는 방향을 따르는 것만으로 기어가고, 점프하고, 심지어 공을 잡을 수도 있도록 설계할 수 있습니다. 자석.
새로운 논문에서 연구원들은 하이드로겔과 자기 작동에 대한 연구를 결합하여 자기적으로 조종 가능한 하이드로겔 코팅 로봇 와이어 또는 가이드와이어를 생성했습니다. 이를 통해 실물 크기의 실리콘 복제 두뇌를 통해 혈관을 자기적으로 유도할 수 있을 만큼 얇게 만들 수 있었습니다. .
로봇 와이어의 핵심은 니켈-티타늄 합금, 즉 구부릴 수 있고 탄력이 있는 물질인 "니티놀"로 만들어집니다. 구부려도 모양이 유지되는 행거와 달리 니티놀 와이어는 원래 모양으로 돌아가므로 더 많은 기능을 제공합니다. 촘촘하고 구불구불한 혈관을 감쌀 때 유연성을 발휘합니다. 연구팀은 와이어 코어를 고무 페이스트나 잉크로 코팅하고 그 안에 자성 입자를 내장했습니다.
마지막으로, 그들은 이전에 개발한 화학 공정을 사용하여 하이드로겔로 자기 오버레이를 코팅하고 결합했습니다. 하이드로겔은 밑에 있는 자성 입자의 반응성에 영향을 주지 않으면서 매끄럽고 마찰이 없는 생체 적합성 표면을 제공하는 소재입니다.
그들은 바늘 구멍을 통과하는 와이어를 연상시키는 작은 고리의 장애물 코스를 통해 와이어를 안내하기 위해 큰 자석(인형의 밧줄과 매우 유사)을 사용하여 로봇 와이어의 정확성과 활성화를 시연했습니다.
연구원들은 또한 실제 환자 뇌의 CT 스캔을 모방한 혈전 및 동맥류를 포함한 뇌의 주요 혈관의 실물 크기 실리콘 복제물에서 와이어를 테스트했습니다. 팀은 혈액의 점성을 모방하는 액체로 실리콘 용기를 채웠습니다. 그런 다음 모델 주위의 대형 자석을 수동으로 조작하여 컨테이너의 구불구불한 좁은 경로를 통해 로봇을 안내합니다.
로봇 실은 기능화될 수 있습니다. 이는 예를 들어 혈전을 줄이는 약물을 전달하거나 레이저로 막힌 부분을 파괴하는 등의 기능이 추가될 수 있음을 의미합니다. 후자를 입증하기 위해 팀은 실의 니티놀 코어를 광섬유로 교체한 결과 다음과 같은 사실을 발견했습니다. 그들은 로봇을 자기적으로 안내하고 레이저가 목표 영역에 도달하면 레이저를 활성화할 수 있었습니다.
연구진은 하이드로겔 코팅된 로봇 와이어와 코팅되지 않은 로봇 와이어를 비교했을 때 하이드로겔이 와이어에 꼭 필요한 미끄러운 이점을 제공하여 더 좁은 공간을 막히지 않고 활공할 수 있다는 사실을 발견했습니다. 이 특성은 실이 통과할 때 용기 라이닝의 마찰과 손상을 방지하는 데 중요합니다.
서울대학교 기계공학과 조규진 교수는 “수술의 한 가지 과제는 상업용 카테터가 도달할 수 없을 정도로 직경이 너무 작은 뇌의 복잡한 혈관을 횡단할 수 있다는 것입니다.”라고 말했습니다.“이 연구는 이러한 어려움을 극복하는 방법을 보여줍니다.개복 수술 없이도 뇌 수술이 가능합니다.”
이 새로운 로봇 실은 방사선으로부터 외과의사를 어떻게 보호합니까? 자기적으로 조종 가능한 가이드와이어는 외과의사가 환자의 혈관에 와이어를 밀어넣을 필요를 없애준다고 김씨는 말했습니다. 이는 의사가 환자와 가까이 있을 필요도 없고 , 더 중요한 것은 방사선을 생성하는 투시경입니다.
가까운 미래에 그는 대형 자석 쌍과 같은 기존 자기 기술을 통합한 혈관 내 수술을 구상하여 의사가 수술실 외부에 있거나 환자의 뇌를 영상화하는 투시경에서 멀리 떨어져 있거나 완전히 다른 위치에 있을 수도 있습니다.
김 대표는 “기존 플랫폼은 환자에게 자기장을 가하는 동시에 형광투시를 할 수 있고, 의사는 다른 방, 심지어 다른 도시에서도 조이스틱으로 자기장을 제어할 수 있을 것”이라고 말했다. 생체 내에서 로봇 스레드를 테스트하기 위해 다음 단계에서 기존 기술을 사용합니다."
연구 자금은 해군 연구실, MIT 군인 나노기술 연구소, 국립 과학 재단(NSF)에서 일부 지원되었습니다.
마더보드 리포터인 Becky Ferreira는 MIT 연구원들이 신경학적 혈전이나 뇌졸중을 치료하는 데 사용할 수 있는 로봇 스레드를 개발했다고 썼습니다. 로봇에는 "뇌의 문제 영역에 전달될 수 있는 약물이나 레이저가 장착될 수 있습니다."이러한 유형의 최소 침습 기술은 뇌졸중과 같은 신경학적 응급 상황으로 인한 손상을 완화하는 데 도움이 될 수도 있습니다.”
스미소니언(Smithsonian)의 제이슨 데일리(Jason Daley) 기자는 MIT 연구원들이 인간의 뇌를 통과할 수 있는 새로운 마그네트론 로봇 공학 스레드를 개발했다고 썼습니다. "미래에는 뇌의 혈관을 통과하여 막힌 부분을 제거하는 데 도움이 될 수 있습니다."라고 Daly는 설명합니다.
TechCrunch 기자 Darrell Etherington은 MI 연구원들이 뇌 수술을 덜 침습적으로 만드는 데 사용할 수 있는 새로운 로봇 스레드를 개발했다고 썼습니다. Etherington은 새로운 로봇 스레드가 "막힘 및 뇌혈관 문제와 같은 뇌혈관 문제를 치료하는 것을 더 쉽고 더 쉽게 만들 수 있습니다"라고 설명했습니다. 동맥류와 뇌졸중으로 이어질 수 있는 병변입니다.”
MIT 연구원들은 언젠가 뇌 수술을 덜 침습적으로 만드는 데 도움이 될 수 있는 새로운 자기 제어 로봇 벌레를 개발했다고 New Scientist의 Chris Stocker-Walker가 보고했습니다. 인간 두뇌의 실리콘 모델에서 테스트했을 때 "로봇은 어려운 부분을 헤쳐 나갈 수 있습니다. 혈관에 닿아요.”
Gizmodo 기자 Andrew Liszewski는 MIT 연구원들이 개발한 새로운 실 모양의 로봇 작업이 뇌졸중을 일으키는 막힘과 혈전을 신속하게 제거하는 데 사용될 수 있다고 썼습니다. "로봇은 뇌졸중 후 수술을 더 빠르고 빠르게 할 수 있을 뿐만 아니라 방사선 노출도 줄일 수 있습니다. 외과 의사들은 종종 견뎌야 하는 상황입니다.”라고 Liszewski는 설명했습니다.