Επανάσταση με λέιζερ στη χειρουργική οστών

Τα λέιζερ χρησιμοποιούνται ήδη ευρέως στη χειρουργική για μαλακούς ιστούς, χάρη στην ακρίβεια και την απουσία μηχανικής πίεσης. Ωστόσο, η χρήση τους στα οστά παρέμενε περιορισμένη λόγω του αργού ρυθμού κοπής και του περιορισμένου βάθους. Τώρα, ερευνητές του Πανεπιστήμιο της Βασιλείας έχουν αναπτύξει έναν τρόπο να πραγματοποιούν βαθύτερες και πιο γρήγορες τομές στα οστά, ανοίγοντας νέους δρόμους για χειρουργικές επεμβάσεις και εμφυτεύματα αρθρώσεων.

Τα Παραδοσιακά Εργαλεία και η Προοπτική των Λέιζερ

Σήμερα, οι τομές στα οστά πραγματοποιούνται με πριόνια, σμίλες ή τρυπάνια. Παρόλα αυτά, αυτά τα εργαλεία ασκούν μηχανική πίεση, κάτι που μπορεί να προκαλέσει μικρορωγμές ή περιορισμούς στην ακρίβεια της κοπής. Τα λέιζερ, αντίθετα, προσφέρουν κοπή χωρίς επαφή, μειώνοντας τον κίνδυνο βλάβης και επιτρέποντας πιο εξειδικευμένες τομές. Αυτό είναι ιδιαίτερα χρήσιμο για την εισαγωγή τρισδιάστατα εκτυπωμένων ή ειδικά κατασκευασμένων εμφυτευμάτων αρθρώσεων.

Ωστόσο, μέχρι τώρα, τα λέιζερ μπορούσαν να κόψουν μόνο 2 έως 3 εκατοστά βάθος, ανεπαρκές για τις απαιτήσεις χειρουργικών οστικών επεμβάσεων. Το περιορισμένο αποτέλεσμα οφειλόταν κυρίως στη δομή της δέσμης λέιζερ.

Το Νέο Προφίλ Δέσμης: Top Hat

Η ομάδα της Πανεπιστήμιο της Βασιλείας, υπό την ηγεσία της Δρ. Ferda Canbaz από το Τμήμα Βιοϊατρικής Μηχανικής, ανακάλυψε ότι η αλλαγή του προφίλ της δέσμης λέιζερ μπορεί να αυξήσει σημαντικά το βάθος κοπής. Αντί για το παραδοσιακό Γκαουσιανό προφίλ, όπου η ενέργεια είναι μεγαλύτερη στο κέντρο και μειώνεται προς τις άκρες, το νέο «top hat» προφίλ κατανεμήθηκε ομοιόμορφα σε όλη την επιφάνεια.

Αυτό σημαίνει ότι η ενέργεια της δέσμης δεν σπαταλιέται στα τοιχώματα της κοπής, επιτρέποντας βαθύτερη αφαίρεση οστικού υλικού χωρίς υπερθέρμανση και χωρίς να επηρεάζεται η διαδικασία επούλωσης. Με το νέο προφίλ, οι ερευνητές πέτυχαν τομές σε βάθος έως 4,4-4,5 εκατοστά, σχεδόν διπλάσιο από ό,τι με τα παραδοσιακά λέιζερ.

Δοκιμές σε Οστά Βοοειδών

Οι δοκιμές έγιναν σε οστά βοοειδών, τα οποία καθαρίστηκαν και ψύχθηκαν με πεπιεσμένο αέρα και νερό για να αποφευχθεί θερμική βλάβη. Τα αποτελέσματα ήταν εντυπωσιακά: ενώ η συμβατική Γκαουσιανή δέσμη έφτασε βάθος περίπου 2,6 εκατοστά, το top hat λέιζερ πέτυχε 4,4 εκατοστά. Η πιο ομοιόμορφη κατανομή της ενέργειας επέτρεψε ταχύτερη και πιο αποτελεσματική κοπή, με λιγότερη φθορά στους περιβάλλοντες ιστούς.

Η πρόοδος αυτή είναι σημαντική για την εφαρμογή λέιζερ σε χειρουργικές διαδικασίες οστών, ειδικά για επεμβάσεις που απαιτούν υψηλή ακρίβεια και προστασία του γύρω ιστού.

Αποδοτικότητα και Περιορισμοί

Παρά την πρόοδο στο βάθος, η ταχύτητα κοπής με λέιζερ παραμένει χαμηλότερη σε σχέση με τα παραδοσιακά μηχανικά εργαλεία. Σε ένα δευτερόλεπτο, το λέιζερ αφαιρεί περίπου 0,4 κυβικά χιλιοστά οστού, ενώ ένα πριόνι μπορεί να αφαιρέσει 11 κυβικά χιλιοστά – δηλαδή πάνω από 20 φορές περισσότερο. Ωστόσο, το σημαντικό είναι ότι πλέον επιτυγχάνεται το απαιτούμενο βάθος για εμφυτεύματα, κάτι που πριν ήταν αδύνατο.

Οι ερευνητές εξετάζουν επίσης πώς να προσαρμόσουν το σύστημα για πιο σύνθετες χειρουργικές καταστάσεις, διασφαλίζοντας την προστασία των γύρω ιστών και βελτιώνοντας την ταχύτητα και την ακρίβεια των τομών.

Συνεργασίες και Χρηματοδότηση

Η έρευνα αποτελεί μέρος του έργου «Miracle», που στοχεύει στην ανάπτυξη καινοτόμων τεχνολογιών για τη χειρουργική των οστών, με χρηματοδότηση από το Ίδρυμα Werner Siemens. Επιπλέον, το έργο «Laser-Blade» της Innosuisse, σε συνεργασία με την εταιρεία ιατρικής τεχνολογίας Smith&Nephew, θα συνεχίσει τη βελτιστοποίηση των λέιζερ για ιατρική χρήση.

Η καινοτομία στο προφίλ της δέσμης λέιζερ αποτελεί σημαντικό βήμα προς τη χρήση λέιζερ στην χειρουργική των οστών. Το νέο top hat προφίλ επιτρέπει βαθύτερες και ταχύτερες τομές, μειώνοντας ταυτόχρονα τον κίνδυνο βλάβης στους περιβάλλοντες ιστούς. Αν και η ταχύτητα παραμένει περιορισμένη, η πρόοδος αυτή ανοίγει τον δρόμο για πιο ακριβείς και ασφαλείς επεμβάσεις, ειδικά στην εισαγωγή εμφυτευμάτων αρθρώσεων και άλλων σύνθετων χειρουργικών διαδικασιών.

Αυτή η εξέλιξη δείχνει ότι τα λέιζερ μπορούν σύντομα να γίνουν βασικό εργαλείο στη χειρουργική οστών, προσφέροντας ακρίβεια και ασφάλεια που τα παραδοσιακά εργαλεία δεν μπορούν πάντα να παρέχουν.