ジョイスティック操作のロボットは、外科医が脳卒中を遠隔治療するのに役立つ可能性があります

MITのエンジニアは、脳卒中や動脈瘤を経験している患者を外科医が迅速かつ遠隔で治療するのに役立つテレロボティクスシステムを開発しました。変更されたジョイスティックを使用すると、ある病院の外科医は別の場所にあるロボットアームを制御して、患者の命を救い、脳機能を維持できる重要な時間帯に患者を安全に操作できます。

磁石を介して動きを制御するロボットシステムは、血管内介入をリモートで支援するように設計されています。これは、緊急事態で血栓によって引き起こされる脳卒中を治療するために実行される手順です。このような介入では通常、外科医が細いワイヤーを血餅に手動で誘導する必要があります。血餅では、閉塞を物理的に取り除くか、薬物を送達して血栓を破壊することができます。

このような手順の制限の1つは、アクセスしやすさです。神経血管外科医は、遠隔地の患者が到達するのが難しい主要な医療機関に拠点を置くことがよくあります。特に「ゴールデンアワー」は、脳卒中の発症後、治療を行う必要がある重要な時期です。脳へのダメージを最小限に抑えるため。

MITチームは、ロボットシステムを小規模な病院に設置し、大規模な医療センターの訓練を受けた外科医が遠隔操作で誘導できると考えています。このシステムには、手首に磁石が取り付けられた医療グレードのロボットアームが含まれています。ジョイスティックとライブイメージングを使用すると、オペレーターは磁石の向きを調整し、腕を操作して、動脈や血管を通して柔らかく細い磁気ワイヤーを導くことができます。

研究者たちは、脳の複雑な動脈を複製する血管を備えた透明なモデルである「ファントム」でシステムを実証しました。わずか1時間のトレーニングで、脳神経外科医はロボットの腕をリモートで制御して、迷路のような血管を通ってワイヤーを導き、モデル内の目的の場所に到達することができました。

「私たちは、患者を地方から大都市に輸送する代わりに、看護師がこのシステムをセットアップできる地元の病院に行くことができると想像しています。主要な医療センターの脳神経外科医は、患者のライブイメージングを監視し、ロボットを使用してそのゴールデンアワーに手術を行うことができます。それが私たちの将来の夢です」とMITの機械工学および土木環境工学の教授であるXuanheZhaoは述べています。彼らの調査結果はScienceRoboticsに掲載されています。 。

血管内手術は、血管壁の損傷を回避する方法で、細い医療用ワイヤーを慎重にねじり、体の動脈と血管を通して目的の場所に導くことを含む、特殊な低侵襲手術です。この手順では通常、外科医が習得するために何年ものトレーニングが必要です。

ロボットシステムは、血管内手術の支援技術として探求されています。これらのシステムは主に、ワイヤーを体の血管系を通してねじりながら前進および後退させるモータードライブを含みます。

「しかし、（外科医と）同じレベルの洗練度でロボットをひねるのは難しい」と筆頭著者のユンホ・キムは述べた。 「私たちのシステムは根本的に異なるメカニズムに基づいています。」

チームの新しいシステムは、2019年からの作業に基づいて構築されており、脳の血管の等身大のシリコーンモデルを介して磁気制御された糸を操縦することを実証しました。当時、彼らは手で操作する、スープ缶と同じくらいの大きさの手持ち式の磁石を使ってそうしました。

それ以来、彼らは、マウスの小さなジョイスティックノブを使用して操縦できる医療グレードのロボットアームの端に磁石を取り付けました。ジョイスティックを傾けることにより、研究者は磁石を磁気ワイヤーが従うことができる方向に傾けることができます。マウスのボタンは、ワイヤーを前後に動かすためにワイヤーを前進および後退させる一連の電動リニアドライブを制御します。

ワイヤーは、従来の神経血管ガイドワイヤーと同じくらい細くて柔軟性があり、磁場の方向に追従して曲がる、柔らかく、磁気的に反応する先端を備えています。

チームは、マサチューセッツ総合病院のカテーテルラボでロボットシステムをテストしました。これは、血管内手術で使用される標準的な医用画像機器を備えた手術室です。研究者たちは、実物大の血管のシリコンモデルとともに、ロボットアームを実験室に設置しました。彼らは、ジョイスティックとモデルのライブビデオを表示するモニターを制御室に設置しました。そこから、オペレーターはジョイスティックを使用してワイヤーを船内で遠隔操作しながらビデオを視聴しました。

チームは、ロボットシステムを使用するように脳神経外科医のグループを訓練しました。わずか1時間のトレーニングの後、各外科医はシステムを正常に操作して、手動のガイドワイヤーではナビゲートするのが難しい複雑な血管を通してワイヤーをガイドすることができました。

チームはまた、ロボットシステムを使用して、モデル内の到達が困難な領域でシミュレートされた血餅を除去しました。彼らはガイドワイヤーを血管を通して、そして鋭い角と曲がり角の周りで操縦して、研究者が血餅をシミュレートした領域に到達した。彼らがワイヤーを血餅に導くと、外科医は標準的な血管内法を進めて、ワイヤーに沿って血餅の部位にマイクロカテーテルを通した。彼らはワイヤーを引っ込め、カテーテルを残し、それを適用して血餅をうまく除去しました。

「磁気ガイドワイヤーの主な目的は、標的の場所に迅速かつ安全に到達することです。これにより、マイクロカテーテルなどの標準的なデバイスを使用して治療薬を提供できます」とキム氏は述べています。 「私たちのシステムはパスファインダーのようなものです。」

彼は、テレオペレーションシステムがより多くの患者がタイムクリティカルな治療を受けるのに役立つことを望んでいます。彼はまた、X線画像からの放射線にさらされている間、通常は患者と同じ部屋でそのような血管手術を行う外科医にとっての利点を見ています。

「神経外科医は、X線に繰り返しさらされることなく、別の部屋や別の都市でロボットを操作できます」とZhao氏は言います。 「脳卒中が死亡と長期的な障害の主な原因の1つであることを考えると、このテクノロジーが世界の健康に与える潜在的な影響に本当に興奮しています。」