Лазерный мир

Исследователи Базельского университета разработали систему, которая повышает безопасность и точность лазеров, используемых для разрезания костей в хирургических условиях. Система способна разрезать кость, контролировать глубину разреза и различать ткани, используя режущий лазер, систему визуализации и спектроскопию .

Функции выполняются тремя лазерами, ориентированными на одну и ту же точку. Один из них служит тканевым датчиком, поскольку сканирует окрестности места, где нужно разрезать кость. Импульсы посылаются этим лазером на поверхность через регулярные промежутки времени, каждый раз испаряя крошечный кусочек ткани.

Состав испаренной ткани анализируют с помощью спектрометра. Алгоритм обрабатывает эти данные и создает карту, показывающую, где расположены кости, а где мягкие ткани.

Ведущий автор Аршам Хамиди (слева) и Ферда Канбаз работали над разработкой лазерной системы, способной отличать мягкие ткани от костей, чтобы обеспечить более безопасные разрезы с контролируемой глубиной. С разрешения Райнхарда Вендлера/Университет Базеля.

Как только это будет завершено, активируется второй лазер, разрезающий кость, но только если он находится в положении, позволяющем разрезать кость без мягких тканей. В то же время третий лазер, входящий в систему оптической когерентной томографии (ОКТ), измеряет глубину разреза и проверяет, не проникает ли режущий лазер глубже, чем запланировано. Во время фазы разрезания датчик ткани постоянно контролирует, правильная ли ткань разрезается. «Особенность нашей системы заключается в том, что она управляет сама собой — без вмешательства человека», — сказала физик по лазерам Ферда Канбаз. До сих пор исследователи тестировали свою систему на костях и тканях бедренных костей свиней, полученных от местного мясника. Им удалось доказать, что их система работает с точностью до долей миллиметра. Скорость комбинированного лазера также приближается к скорости обычной хирургической процедуры. 

В настоящее время исследователи работают над уменьшением размера системы. У них уже есть размер спичечного коробка при объединении оптической системы и режущего лазера. После того, как они добавят датчик ткани и смогут еще больше миниатюризировать всю систему, они смогут встроить его в кончик эндоскопа для выполнения минимально инвазивных операций. 

«Более широкое использование лазеров в хирургии является достойной амбицией по ряду причин», — сказал Аршам Хамиди, ведущий автор исследования. 

Бесконтактная резка несколько снижает риск заражения, отметил он. «Меньшие и более точные разрезы также означают, что ткани заживают быстрее и рубцы уменьшаются». Контролируемая резка с использованием лазеров также позволяет применять новые формы резки, так что, например, костный имплантат может быть физически сцеплен с существующей костью.

 «Однажды мы сможем полностью обойтись без костного цемента», — сказал Канбаз.

 Установка также может быть полезна в хирургических условиях, таких как удаление опухолей, где она может отличать опухоли от окружающих здоровых тканей и обеспечивать более безопасные разрезы. Исследование было опубликовано в журнале «Лазеры в хирургии и медицине» ( www.doi.org/10.1002/lsm.23732 ).

Источник: https://www.photonics.com/Articles/Lasers_Spectroscopy_and_OCT_Cut_Bone_Safely/p5/a69521