Uanset om kirurger skiver med en traditionel skalpell eller klippes væk med en kirurgisk laser, ender de fleste medicinske operationer med at fjerne noget sundt væv sammen med det dårlige. Dette betyder, at for følsomme områder som hjerne, hals og fordøjelseskanal, er læger og patienter nødt til at afbalancere fordelene ved behandling mod mulige sikkerhedsskader.
Et foto af 9,6-millimeter sondehuset (til højre) ved siden af huset til den tidligere prototype 18-mm sonde (til venstre), der viser reduktionen i den emballerede sonde størrelse. En krone vises efter skala. Skalaen er fem mikrometer. Billeder høflighed Ben-Yakar Group, University of Texas i Austin.
For at hjælpe med at skifte denne balance i patientens favør har et team af forskere fra University of Texas i Austin udviklet et lille, fleksibelt endoskopisk medicinsk udstyr udstyret med en “scalpel” fra femtosekundslaser, der kan fjerne syge eller beskadigede væv, mens de forlader raske celler uberørte . Forskerne præsenterer deres arbejde på dette års konference om lasere og elektrooptik (CLEO: 2012) i San Jose, Californien, der finder sted 6.-11. Maj.
Enheden, der er konstrueret med dele fra hylden, inkluderer en laser, der er i stand til at generere lysimpulser, kun 200 kvadrillioner i sekundet. Disse bursts er kraftige, men er så flygtige, at de skåner omgivende væv. Laseren er koblet med et minimikroskop, der giver den nøjagtige kontrol, der er nødvendig til meget delikat operation. Ved hjælp af en billeddannelsesteknologi, der er kendt som ”to-fotonfluorescens”, er dette specialiserede mikroskop afhængig af infrarødt lys, der trænger op til en millimeter ind i levende væv, hvilket gør det muligt for kirurger at målrette individuelle celler eller endda mindre dele såsom cellekerner.
Hele endoskopsonde-pakken, som er tyndere end en blyant og mindre end en tomme lang (9,6 mm i omkreds og 23 mm lang), kan passe ind i store endoskoper, såsom dem, der bruges til koloskopier.
Det emballerede endoskop blev overlejret med det optiske system. Omkretsen er 9,6 millimeter og længden er 23 millimeter. Billeder høflighed Ben-Yakar Group, University of Texas i Austin.
”Al den optik, vi testede, kan gå i et rigtigt endoskop,” siger Adela Ben-Yakar fra University of Texas i Austin, projektets vigtigste efterforsker. "Sonden har bevist, at den er funktionel og gennemførlig og kan være kommercielt."
Det nye system er fem gange mindre end holdets første prototype og øger billedopløsningen med 20 procent, siger Ben-Yakar. Optikken består af tre dele: kommercielle linser; en specialiseret fiber til levering af ultrashort-laserpulser fra laser til mikroskop; og et 750-mikrometer MEMS (mikroelektro-mekanisk system) scanningsspejl. For at holde de optiske komponenter i linje, designede teamet en miniaturiseret etui fremstillet ved hjælp af 3D-indføring, hvor faste objekter oprettes fra en digital fil ved at lægge successive lag af materiale.
Femtosecond-lasere på bordpladen bruges allerede til øjenkirurgi, men Ben-Yakar ser mange flere anvendelser inde i kroppen. Disse inkluderer reparation af stemmebåndene eller fjernelse af små tumorer i rygmarven eller andet væv. Ben-Yakars gruppe samarbejder i øjeblikket om to projekter: behandling af arrede vokale folder med en sonde, der er skræddersyet til strubehovedet, og nanokirurgi på hjernenuroner og synapser og cellulære strukturer såsom organeller.
”Vi udvikler den næste generations kliniske værktøjer til mikrokirurgi,” siger Ben-Yakar.
Et billede taget med sondens to-foton fluorescensmikroskop viser celler i et 70 mikrometer tykt stykke stemmesnor fra en gris. Skalaen er 10 mikrometer. Image høflighed Ben-Yakar Group, University of Texas i Austin.
Det nye design er hidtil blevet laboratorietestet på stemmebånd af svin og sener fra rottehaler, og en tidligere prototype blev laboratorietestet på humane brystkræftceller. Systemet er klar til at flytte til kommercialisering, siger Ben-Yakar. Den første levedygtige laserskalpel, der er baseret på teamets enhed, vil dog stadig have mindst fem års klinisk test, før den modtager FDA-godkendelse til menneskelig brug, tilføjer Ben-Yakar.
Arbejdet blev støttet af National Science Foundation og University of Texas Board of Regents Texas Ignition Fund.
CLEO: 2012-præsentation ATh1M.3, "Femtosekunders lasermikroskirurgisk sonde med 9,6 mm diameter", af Christopher Hoy et al. er kl. 08.45 torsdag den 10. maj i San Jose Convention Center.
Genudgivet med tilladelse fra The Optical Society.