척수 지주막하강은 좁고 유연하며 취약한 해부학적 공간이라, 기존 카테터나 연속형 로봇의 ‘밀어 넣는’ 방식은 마찰과 전단을 키워 원위부 조종성을 떨어뜨리고 신경 손상 위험을 높인다. arXiv 동료검토 전 프리프린트로 공개된 이 연구는 직경 2mm의 자가전개(eversion-growing) 로봇이 이런 제약을 줄일 수 있는지 계산모델, 팬텀 실험, 인체 시신 실험으로 검증했다.
장치는 압력으로 팁을 뒤집어 늘어나는 방식으로 전진하며, 움직임을 말단에 국소화해 배치된 몸체의 미끄럼을 최소화하도록 설계됐다. 여기에 소형 내시경을 통합해 실시간 intrathecal 시각화를 구현했다. 논문은 이 구조가 기존 삽입 방식보다 조직-기기 계면에서의 전단과 국소 응력을 낮춘다고 설명한다.
정량 검증은 팬텀에서 먼저 이뤄졌다. 매칭된 push-based 삽입과 비교해 평균 상호작용 힘은 65.2%, 최대 상호작용 힘은 48.0% 감소했다. 계산 기반 물리 모델에서도 자가전개 성장은 조직 하중을 재분배해, 기존 삽입보다 국소 응력 집중과 계면 전단을 줄이는 방향으로 나타났다. 본문에는 시뮬레이션과 실험의 평균·최대 힘 감소비가 모두 제시되며, 시뮬레이션 최대 힘 감소비 55.8%는 실험값 48.1%와, 시뮬레이션 평균 힘 감소비 48.6%는 실험값 65.2%와 각각 차이를 보였다.
인체 시신 실험에서는 표준 요추 진입점으로부터 여러 척추 수준에 걸쳐 150mm의 제어된 intrathecal extension이 이뤄졌고, 형광 투시와 내시경 영상이 동시에 사용됐다. 수술 후 laminectomy와 durotomy에서 경막 또는 주변 신경 구조의 육안상 손상은 관찰되지 않았다. 화면 기반 추적에서는 시술 중 약 50픽셀, 약 12mm의 조향 변위가 보고됐다.
| 검증 범위 | 핵심 수치 | 비교/조건 |
|---|---|---|
| 팬텀 실험 | 평균 상호작용 힘 65.2% 감소, 최대 상호작용 힘 48.0% 감소 | matched push-based insertion과 비교 |
| 시뮬레이션 vs 실험 | 시뮬레이션 peak-force 감소비 55.8%, 실험 48.1%; 시뮬레이션 mean-force 감소비 48.6%, 실험 65.2% | Vine4Spine와 conventional catheter insertion 비교 |
| 인체 시신 실험 | 150 mm controlled intrathecal extension | standard lumbar entry point에서 다수 vertebral levels 접근 |
| 조향 평가 | 약 50픽셀(약 12mm) steering displacement | fluoroscopic tracking 기반 |
자료: STORIUM 정리
또한 세 명의 consultant neurosurgeons가 7점 Likert 척도로 controllability, tissue interaction, imaging capability, navigation performance, overall usability를 비교 평가했다. 연구진은 이번 결과를 인체 척수 해부학에서 자가전개 로봇 항법을 기계적으로 특성화하고 다중모달로 검증한 첫 사례라고 정리하며, 그러나 임상 전환 전에는 더 큰 해부학적 코호트와 생리 조건에서의 추가 검증이 필요하다고 적었다.
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