원위 혈관계로의 적응형 무선 밀리로봇 운동

Nature Communications 13권, 기사 번호: 4465(2022) 이 기사 인용

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마이크로카테터는 다양한 최소 침습 혈관내 수술을 가능하게 했으며 개방 수술에 비해 주목할 만한 건강상의 이점을 제공했습니다. 그러나 동맥 천자 부위에서 멀리 떨어진 구불구불한 경로로 인해 원위 혈관 영역은 안전한 카테터 접근이 여전히 어렵습니다. 따라서 우리는 중대뇌동맥의 M4 세그먼트 예시에서 배치, 능동적 탐색, 의료 기능 사용 및 검색을 위한 무선 스텐트 모양의 자기 소프트 로봇을 제안합니다. 우리는 루멘 직경이 1.5mm에서 1mm로 줄어들고, 구불구불한 루멘의 곡률 반경이 3mm만큼 작아지고, 루멘 분기 각도가 최대 120°가 되는 생리학적 조건을 모방하는 팬텀에서 모양 적응적으로 제어되는 운동을 조사합니다. °, 맥동성 유속은 최대 26cm/s에 이릅니다. 로봇은 자기 작동이 꺼진 경우에도 흐름을 견딜 수 있습니다. 이러한 운동 능력은 생체 외 돼지 ​​동맥에서 확인됩니다. 또한 로봇의 변형은 혈전 용해를 위해 필요에 따라 조직 플라스미노겐 활성제를 방출하고 흐름 전환기 역할을 하여 급성 허혈성 뇌졸중, 동맥류, 동정맥 기형, 경막 동정맥루 및 뇌종양에 대한 유망한 치료법을 시작할 수 있습니다. 이러한 기능은 새로운 원위 혈관내 수술에서 로봇의 사용을 용이하게 해야 합니다.

마이크로카테터를 통해 혈관계에 접근하는 것은 최근 수십 년 동안 임상적으로 광범위하게 사용된 최소 침습적 진단 및 표적 치료 절차에 새로운 기회를 제공했습니다1. 그러나 카테터는 다양한 요인2,3,4,5으로 인해 원위 혈관 경로에 대한 안전한 접근이 제한되어 있습니다. 첫째, 동맥 천자 부위(요골 동맥 또는 대퇴 동맥)로부터의 더 긴 접근 경로, 혈관 비틀림, 더 얇은 혈관 벽을 가진 더 작은 혈관으로 인해 부상을 입지 않고 카테터를 안전하게 탐색하고 이러한 영역으로 밀어넣는 것이 더 어렵습니다3,4, 수동1,5 또는 로봇 삽입6을 통해 가능합니다. 둘째, 혈전성 질환 및 동맥 경화증과 같은 일부 혈관 병변은 동맥의 혈류를 감소시키거나 심지어 차단하여 카테터를 목표 위치로 전진시키기 위해 흐름을 활용하는 것을 비현실적으로 만듭니다4.

전형적인 예로서, 원위 피질 동맥은 급성 허혈성 뇌졸중(AIS)3,7,8, 동맥류9,10, 뇌동정맥 기형과 같은 이 부위 주변의 다양한 병변 및 질병을 치료하기 위해 카테터에 의해 안전하고 효과적으로 접근하는 것으로 제한됩니다( CAVM)11,12, 경막동정맥루(dAVF)13,14 및 뇌종양15,16. 특히, 악성 원발성 뇌종양은 대뇌피질에서 가장 많이 발생하는데, 전두엽에서 26%로 가장 높은 비율로 발생하고15, dAVF와 CAVM의 86%가 피질 부위에서 발생한다12. 피질동맥류 발생률은 1%, AIS 발생률은 15% 미만으로 보고되었으나, 의료 영상의 민감성으로 인해 실제 발생률이 과소평가되었다는 지적도 제기되었다3,10. 더욱이, 반구형 원위 폐쇄는 일반적으로 부분적 실어증, 분할된 편마비 또는 반마취뿐만 아니라 부분적 또는 완전한 반시각 시야 결함으로 이어집니다3. 피질 동맥류는 동맥류낭이 파열된 후에만 임상적으로 나타나며10, 이는 다양한 치명적인 합병증을 초래하므로 조기에 적절하게 치료해야 합니다9. 카테터 삽입을 통해 이러한 표적 병변 부근에 안전하게 접근할 수 있는 문제로 인해 스텐트, 코일 및 약물과 같은 치료제를 정확하고 효율적으로 전달할 수 없습니다. , 보충 표 1)을 참조하십시오. 따라서 치료법의 효능이 감소될 수 있습니다3,9,11. 다른 원위 혈관 경로에도 유사한 제한이 적용됩니다. 따라서, 이러한 원위 동맥 영역에서는 최소 침습적 치료를 위한 보다 효과적인 의료 도구에 대한 충족되지 않은 요구가 있습니다.