用智能激光器取代骨锯

在手术中使用激光而不是手术刀和锯有很多好处。但它们仅在个别情况下使用。但这种情况可能即将改变：正如巴塞尔大学的一个研究小组所证明的那样，激光系统一直在变得越来越智能、越来越好。

早在 1957 年，当戈登·古尔德 (Gordon Gould) 创造“激光”一词(“受激辐射光放大”的缩写)时，他就已经在想象激光在医学中应用的可能性。外科医生甚至可以在不接触病人的情况下做出精确的切口。

然而，在此之前，仍然有许多障碍需要克服。手动控制的光源已被机械和计算机控制系统取代，以减少因笨拙操作造成的伤害。从连续光束切换到脉冲激光器，脉冲激光器可以快速打开和关闭，从而减少了它们产生的热量。技术进步使激光在 20 世纪 90 年代初进入眼科领域。从那时起，这项技术也在其他医学领域得到了发展，但仅在相对较少的应用中取代了手术刀和骨锯。

安全问题是最重要的障碍：我们如何防止周围组织受伤?切割深度控制得有多严密才能避免更深层次的组织被意外损坏?

巴塞尔大学的研究人员最近在专业杂志《外科和医学激光》上发表了论文，为激光的安全和精确使用做出了重要贡献。由巴塞尔生物医学工程系的 Ferda Canbaz 博士和前巴塞尔大学现职于纽约大学的 Azhar Zam 教授领导的研究小组开发了一种结合了三种功能的系统：切割骨头、控制切割深度并区分不同的组织。

三束激光对准一个点

这三个功能由三个对准聚焦在同一点上的激光器来执行。第一个激光用作组织传感器，它扫描要切割骨头的部位的周围环境。用这种激光定期向表面发送脉冲，可以说每次都会蒸发一小部分组织。使用光谱仪测量该汽化组织的成分。每种类型的组织都有自己独特的光谱——自己的特征。算法处理这些数据并创建一种地图，显示骨骼的位置和软组织的位置。

直到所有这些都完成后，用于切割骨骼的第二激光才会激活，然后仅在刚刚生成的地图上显示骨骼而不是软组织的地方。与此同时，第三个激光器(光学系统)测量切割深度并检查切割激光是否穿透得比计划更深。在切割阶段，组织传感器还不断监测是否切割了正确的组织。

自主控制

“我们系统的特别之处在于它可以自我控制——无需人为干预，”激光物理学家费尔达·坎巴兹 (Ferda Canbaz) 总结道。

到目前为止，研究人员一直在从当地屠夫那里获得的猪的股骨和组织上测试他们的系统。他们能够证明他们的系统可以精确到几分之一毫米。组合激光的速度也接近传统外科手术的速度。

研究团队目前正在致力于缩小系统规模。当单独组合光学系统和切割激光器时，他们已经将其缩小到火柴盒大小(参见原始出版物)。一旦他们添加了组织传感器并设法进一步小型化整个系统，他们应该能够将其安装到内窥镜的尖端中以进行微创手术。

微创手术

该研究的主要作者 Arsham Hamidi 博士强调说：“出于多种原因，在手术中更多地使用激光是一个值得追求的目标。” 他指出，无接触切割在一定程度上降低了感染风险。“更小、更精确的切口也意味着组织愈合得更快，并且疤痕减少。”

使用激光以受控方式进行切割还允许应用新的切割形状，例如，骨植入物可以与现有骨骼物理互锁。“有一天我们也许可以完全不用骨水泥，”费尔达·坎巴兹补充道。

这种组合设置在其他手术领域也很有用：它可能能够更精确地将肿瘤与周围的健康组织区分开来，然后将它们切除，而无需去除不必要的邻近组织。有一点是肯定的：戈登·古尔德将激光作为一种多功能医疗工具的愿景正在离我们越来越近。

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