위에서 박사과정 후보자인 Nirav Patel은 AIM 연구소에서 da Vinci 수술 시스템용으로 개발한 연구 중심 맞춤형 컨트롤러를 테스트하고 있습니다.

MRI 호환 로봇이 AIM 연구소의 주요 매력인 반면, 슬롯 사이트와 그의 협력자들은 최소 침습 수술을 수행하는 데 사용되는 Intuitive Surgical에서 제작한 원격 조작 수술 로봇인 da Vinci 수술 시스템용 맞춤형 연구 중심 컨트롤러도 개발했습니다. 하드웨어와 소프트웨어를 모두 포함하고 완전히 오픈 소스인 이 컨트롤러를 통해 전 세계 연구자들은 공통 공유 인프라를 사용하여 다빈치 시스템의 기능을 확장하는 방법을 조사하고 수술 절차를 자동화하고 안전성을 향상시킬 수 있습니다. AIM 연구소의 슬롯 사이트 팀은 또한 웨어러블 소프트 로봇 보조 장치와 사회적 보조 로봇을 적극적으로 추구하고 있습니다.

슬롯 사이트 호환 로봇의 탄생

슬롯 사이트는 또한 WPI의 생의학 공학 분야의 직책을 맡고 있으며 WPI의 의료 서비스 제공 연구소(40페이지 참조)의 교수진입니다. 그는 Johns Hopkins 대학원생이었을 때부터 혁신적인 의료 기술을 개발해 왔으며 그곳에서 MRI 스캔을 환자에게 직접 투사하는 외과 의사를 위한 증강 현실 시스템을 설계하는 데 도움을 주었습니다. 그는 또한 현재 BWH에서 시험 중인 로봇의 초기 조상에 대해 작업했습니다. 이 로봇은 환자와 함께 MRI 스캐너의 원통형 구멍 내부에 앉아 의사가 최신 이미지의 도움을 받아 호두 크기의 전립선에 생검 바늘을 훨씬 더 정확하게 안내하도록 돕습니다.

브리검 여성 병원의 의사들이 WPI 로봇을 사용하여 생체 검사를 수행합니다.

기존의 전립선암 생검에서 의사는 이전에 획득한 수술 전 영상에 의존하여 바늘을 삽입할 위치를 결정합니다. 또한 MRI에 비해 해상도가 떨어지는 수술 중 초음파를 사용할 수도 있습니다. 일부 병원에서는 수술 전 MRI 스캔과 수술 중에 촬영한 실시간 초음파 이미지를 결합하지만 이 역시 이상적이지 않다고 슬롯 사이트는 지적합니다. 환자(및 장기)는 이동하고 움직일 수 있으며, 연조직에 바늘을 삽입하는 바로 그 동작으로 인해 조직이 부풀고 변형되어 대상의 위치가 변경되고 고해상도 수술 전 스캔이 더 이상 쓸모 없게 될 수 있습니다. 결과적으로 의사는 바늘 삽입을 여러 번 시도해야 하는 경우가 많으며 생검의 민감도가 낮다는 것은 다시 실시해야 하므로 절차 비용과 환자의 불편함이 증가할 수 있음을 의미합니다. 따라서 슬롯 사이트 로봇의 매력은 다음과 같습니다. 정확도를 높이고 추측을 줄임으로써 MRI 유도 로봇 바늘 배치는 생체 검사를 더 저렴하고 빠르게 수행하며 환자에게 부담을 덜 주어야 합니다.

기술적 장애물 극복

하지만 그 꿈을 현실로 바꾸는 것은 간단하지 않았습니다. MRI 스캐너의 제한된 공간(환자, 기타 의료 장비, 때로는 임상의도 수용해야 하는 약 0.5미터 너비의 실린더) 내에서 섬세한 의료 절차를 수행할 수 있을 만큼 작고 정밀한 기계 시스템을 만드는 것은 충분히 어려운 일이었습니다. 그러나 MRI 기계는 전파와 강력한 자석을 사용하여 이미지를 생성하므로 내부에 들어갈 수 있도록 설계된 어떤 것도 철이나 스테인레스 스틸과 같은 철 금속으로 만들 수 없습니다. 슬롯 사이트는 궁극적으로 플라스틱 부품, 압전 세라믹 모터 및 황동과 같은 소량의 비철 금속만을 사용하여 이러한 요구 사항을 충족했습니다.

상업적으로 이용 가능한 모션 제어 시스템에서 생성된 전자 소음은 또 다른 골칫거리를 야기했습니다. 그 이유는 이러한 표유 신호가 자기 공명 이미지의 품질을 심각하게 저하시키기 때문입니다. 따라서 슬롯 사이트와 그의 학생들은 높은 정밀도와 제로 노이즈로 로봇의 세라믹 모터에 신호를 공급할 수 있는 맞춤형 컨트롤러를 설계하고 제작해야 했습니다.

위에서 슬롯 사이트와 박사과정 후보인 Chris Nycz가 뇌종양 치료를 위해 설계된 MRI 호환 로봇을 검사하고 있습니다.

뇌를 표적으로 삼음

이것은 슬롯 사이트가 현재 개발 중인 신경외과 로봇에 특히 중요할 수 있습니다.

슬롯 사이트가 2008년 WPI 교수진에 합류한 직후 그는 심부 뇌 자극 전문 신경외과 의사인 Julie Pilitsis 박사의 연락을 받았습니다. 그는 당시 UMass Memorial Medica lCenter의 기능 신경외과 책임자였으며 현재 Albany Medical Center 병원의 외과 교수입니다. 그녀는 슬롯 사이트의 MRI 호환 로봇이 정밀도가 가장 중요한 신경외과 분야에도 유용할 수 있다는 것을 인식했습니다. 두 사람은 파킨슨병 환자의 뇌에 전극을 삽입해 떨림을 조절하는 데 사용할 수 있는 장치를 연구하기 시작했습니다. 하지만 곧 그들은 암 치료에 관심을 돌렸습니다.

매사추세츠 대학교 의과대학 동료들과 일리노이주에 본사를 두고 영상 유도 초음파 및 방사선 치료 시스템을 개발하는 회사인 Acoustic MedSystems와 협력하여 그들은 집속된 초음파의 고강도 빔을 사용하여 뇌종양을 파괴할 수 있는 슬롯 사이트 호환 로봇을 개발하고 있습니다. 이 작업은 NIH로부터 5년간 300만 달러의 지원을 받았습니다.

슬롯 사이트는 이러한 종류의 최소 침습적 초음파 절제술이 방사선 빔 요법 및 뇌 개방 수술과 같은 현재 치료 방법과 관련된 일부 문제를 피할 수 있다고 말합니다. 그리고 로봇이 제공하는 실시간 MR 영상 및 정밀한 배치와 결합된 초음파 빔의 집중된 특성을 통해 외과 의사는 주변의 건강한 조직을 손상시키지 않고 불규칙한 모양의 종양이라도 정확하고 완전하게 표적화할 수 있습니다.

게다가 초음파 절제는 조직을 가열하여 파괴하고 MRI 스캐너가 온도 변화를 감지할 수 있기 때문에 외과 의사는 실시간 열화상을 사용하여 시술 중에 환자 뇌의 실시간 온도 지도를 생성하여 적절한 양의 초음파 에너지가 적절한 지점에 전달되도록 할 수 있습니다. 이는 다른 종류의 종양을 제거하는 데에도 사용할 수 있는 접근 방식입니다. 슬롯 사이트는 보조금이 종료되면 인간 실험에 대한 승인을 확보하는 것을 목표로 향후 2년 동안 시스템에 대한 전임상 평가를 수행할 계획입니다.

슬롯 사이트의 경우 기술 혁신을 임상에 신속하게 적용할 수 있는 능력이 의료 로봇 분야를 흥미롭게 만드는 요소입니다. 유전자 치료나 면역치료와 같은 다른 분야는 암 치료에 큰 가능성을 가질 수 있다고 그는 말합니다. 그러나 중요한 돌파구는 수년이 걸릴 수 있습니다. 그에 비해 그의 로봇 시스템은 2~3년 안에 전성기를 맞이할 준비가 될 수 있습니다. 그리고 단기적으로 환자 치료의 질을 향상시킬 수 있는 잠재력이 큰 변화를 가져옵니다.

— 알렉산더 겔판드

WPI Research에 처음 게시됨, 2017년판