소식

Dec 05, 2023

연구에 따르면 이상적인 수술의 메커니즘이 밝혀졌습니다.

EPFL 연구자들은 다음과 같은 첫 번째 연구를 발표했습니다.

EPFL 연구진은 수술용 매듭의 역학에 대한 첫 번째 연구를 발표했으며, 그 결과는 외과의사가 더 강하고 안전한 봉합사를 묶는 방법을 훈련하는 데 사용될 수 있습니다. 이 기술은 일반적으로 숙달하려면 수년간의 연습이 필요합니다.

로잔 연방공과대학

이미지: 견고한 지지대에 묶인 수술용 매듭더보기

크레딧: Alain Herzog / EPFL

마지막으로 신발을 묶었을 때를 생각해 보세요. 신발을 단단히 묶었을 수도 있고, 끈이 풀리지 않도록 여러 매듭을 묶었을 수도 있습니다. 끈이 끊어질 정도로 세게 당기지 않고도 끈이 풀리지 않도록 얼마나 많은 장력을 가해야 하는지 직관에 의존했을 것입니다.

놀랍게도 외과의사들도 봉합사 매듭에 직관적인 접근 방식을 취합니다. 간단한 사각형 및 할머니 슬라이딩 매듭이 수술에 자주 사용되는 반면, 느슨해지거나 부러지지 않고 제자리에 유지되도록 익히는 데는 수년이 걸립니다. 매듭 토폴로지와 기하학에 대해 많은 수학적 연구가 수행되었지만 매듭 필라멘트의 재료 특성과 같은 물리적 변수의 맥락에서 매듭 역학에 대해서는 알려진 바가 거의 없습니다.

공과대학(기계공학 연구소)의 유연한 구조 연구실 책임자인 Pedro Reis는 "우리가 매듭이 어떻게 작동하는지 실제로 이해하지 못하면서 매듭에 얼마나 의존하는지 생각하는 것은 놀라운 일입니다."라고 말합니다. Reis와 박사과정 학생인 Paul Johanns는 로잔에 있는 성형외과 의사인 Samia Guerid와 팀을 이루어 수술용 매듭의 역학과 정확히 어떤 특성이 매듭의 강도에 영향을 미치는지에 대해 최근 Science Advances에 발표된 최초의 물리학 기반 연구를 주도했습니다.

Guerid는 "수술용 매듭 역학을 이해하면 숙련된 외과의 사이에서 인식을 높이고, 훈련 프로그램에 통합할 수 있으며, 보다 효과적인 매듭 묶기 기능을 가능하게 하여 로봇 수술을 발전시킬 수 있습니다."라고 말합니다. "이러한 지식은 미끄러지는 매듭에서 미끄러짐 저항을 향상시키는 봉합사 재료의 개발에도 영향을 미칠 수 있습니다."

가소성의 힘

열렬한 등반가인 Reis는 안전한 매듭에 개인적인 관심을 가지고 있으며 매듭 역학에 대한 이전의 여러 연구를 수행했습니다. 그는 많은 매듭이 토폴로지, 기하학, 탄성, 접촉 및 마찰의 변수에 의해 기능이 결정되는 고정력을 제공하는 자유 끝 구조로 설명될 수 있다고 설명합니다. 그러나 수술용 매듭 연구를 위해 Reis와 그의 동료들은 핵심적인 여섯 번째 요소인 봉합 필라멘트의 폴리머 가소성을 고려했습니다.

수술에 사용되는 폴리프로필렌 필라멘트로 만든 봉합사의 강도는 매듭을 묶는 동안 가해지는 장력(예장)에 따라 달라집니다. 이러한 장력은 필라멘트를 영구적으로 변형하거나 늘려서 유지력을 생성합니다. 허세가 너무 적으면 매듭이 풀리게 됩니다. 너무 많이 사용하면 필라멘트가 끊어집니다.

팀은 Guerid가 묶은 50-100노트를 분석한 결과 외과의사가 수년간의 경험 덕분에 '최적 지점'을 직관적으로 목표로 삼을 수 있다는 것을 발견했습니다. 정밀 실험, X선 마이크로 컴퓨터 단층 촬영 및 컴퓨터 시뮬레이션을 사용하여 과학자들은 '느슨한' 매듭과 '단단한' 매듭 사이의 임계값을 정의하고 매듭 강도와 초기 장력, 마찰 및 던지기 횟수 간의 관계를 밝혀냈습니다.

"놀랍게도 여섯 가지 요인 모두 사이의 복잡한 상호 작용에도 불구하고 우리는 매듭 강도에 대해 간단하고 강력한 창발적 행동을 관찰했습니다. 그러나 매듭 초기 장력과 강도 사이의 관계를 완전히 설명할 수 있는 예측 모델은 아직 없습니다. 수술 매듭 밖에서도 일관된 것 같습니다. 우리는 이미 이 질문을 조사하고 있습니다."

외과 의사와 로봇을 위한 훈련 도구

팀의 연구 결과는 안전한 매듭의 매개변수를 실제 지침으로 변환할 수 있으므로 외과의사 교육을 위한 귀중한 도구가 될 수 있습니다. 경험은 여전히 ​​중요하지만 수년간의 연습을 통해서만 얻은 직관보다는 예측 모델을 사용하여 안전한 매듭 묶기를 가르칠 수 있다는 생각입니다.