혈관 내 풍선 색전술을 위한 모듈형 로봇 카테터

Modular Robotic Catheters for Endovascular Aneurysm Repair

분절형/가지형 혈관 내 풍선 색전술(FEVAR/BEVAR)은 외과 의사들이 복부 대동맥의 다양한 분지로 카테터와 가이드 와이어를 조작하여 스텐트 그라프트를 삽입하고, 풍선으로 인한 압력을 완화하는 과정을 포함합니다. 기존 임상 연구에 따르면, 외과 의사들은 여전히 표준 상용 기기를 사용하여 혈관 접근 시 어려움을 겪고 있으며, 이는 시술 시간을 연장시키고 추가적인 합병증을 유발할 수 있습니다. 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위한 두 가지 방법을 제시합니다. 첫째, 자유도를 향상시켜 조작성을 높인 2단 구부릴 수 있는 카테터를 개발했습니다. 둘째, 시스템에 도입된 중복성을 보정할 수 있는 확장 가능한 모듈형 인장-구동 작동 플랫폼을 설계했습니다. 카테터 제작에는 대량 생산이 가능한 고 길이 비율 장치 제조 기술인 열 섬유 드로잉 공정을 활용했으며, 레이저 미세 가공을 통해 카테터의 끝부분을 부드럽게 처리했습니다. 본 시스템은 시뮬레이션을 통해 카테터의 굽힘 강성을 평가하고, 혈관 모형에서의 생체 외 실험을 통해 조작성을 검증했습니다. 이 휴대용 로봇 구부릴 수 있는 카테터 시스템은 향후 혈관 내 시술 시간을 단축시키고, 임상의에게 어려운 임상 사례를 해결할 수 있는 도구를 제공할 잠재력이 있습니다.

Fenestrated/Branched endovascular aneurysm repair (FEVAR/BEVAR) require surgeons to navigate catheters and guidewires into various branches of the abdominal aorta, before deploying stent grafts to alleviate pressure on the aneurysm. Previous clinical studies suggests that surgeons continue to struggle with vessel access using standard commercial instruments, prolonging the procedural time and inducing further complications. In this work, we present two contributions to solving this problem: 1) A bespoke 2-segment steerable catheter, consisting of 4 degrees of freedom to enhance dexterity. 2) An expandable, modular tendon-driven actuation platform that can accommodate for the redundancies introduced in our system. To fabricate the catheter, we capitalized on thermal fiber drawing, a technique that creates high-aspect ratio devices at scale, and processed the catheter with laser micro-machining to soften its tip. We evaluated the system using simulations, where we investigated the catheter's bending stiffness, then its steerability with in-vitro experiments in vascular phantoms. This handheld, robotic steerable catheter system has the potential to shorten the length of future endovascular surgeries, and give clinicians the tools to resolve challenging clinical cases.