Postavljen novi rekord u rezanju kostiju

Laseri seku precizno i bez kontakta – što je idealno za hirurgiju. Problem je u tome što su, kada se s njima radi na tvrdim tkivima poput kosti, previše spori i ne seku dovoljno duboko. Istraživači sa Univerziteta u Bazelu sada su demonstrirali način da se hirurškim laserom seče mnogo dublje i brže nego sa prethodnim laserskim sistemima, piše EurekAlert!

Testera, dleto i bušilica su provereni alati u hirurgiji kostiju. U budućnosti bi laseri mogli biti dodati ovom instrumentarijumu, posebno kada je reč o veoma preciznim rezovima. Laseri ne vrše nikakav mehanički pritisak, što znači da mogu da smanje rizik od nastanka mikropukotina i omoguće specijalizovanije rezove. Ovo bi, na primer, olakšalo ugradnju zglobnih implantata, uključujući i 3D štampane implantate izrađene po meri.

Preporučujemo

Laseri se već koriste za meka tkiva. Međutim, u slučaju kosti, rezovi su ranije bili mogući samo do dubine od 2 do 3 centimetra, što je previše plitko za, primera radi, zglobne implantate. Jedan od razloga za nedovoljan učinak sečenja jeste oblik laserskog zraka.

Istraživači, koje je predvodila dr Ferda Kanbaz sa Odeljenja za biomedicinsko inženjerstvo Univerziteta u Bazelu, u žurnalu Scientific Reports objavili revolucionarno otkriće i postavili rekord: postigli su rezove do dubine od 4,5 centimetara koristeći drugačiji profil laserskog zraka, odnosno drugačiju raspodelu energije u zraku. To im je omogućilo da koštani materijal uklanjaju efikasnije i brže.

- Povećanje energije laserskog zraka ne bi bilo dobro rešenje. To bi moglo da ugljeniše kost i negativno utiče na proces zarastanja. Zbog toga smo promenili oblik lasera, tačnije njegov profil – objasnila je Ferda Kanbaz

Kod uobičajenog profila zrak je najjači u centru i postaje slabiji prema ivicama. Ovo je slično zraku baterijske lampe, koji je najsvetliji u sredini i rasipa se ka spolja. Intenzitet podseća na Gausovu krivu sa zaobljenim vrhom. Kod novog profila taj vrh je zaravnjen, što omogućava da se energija laserskog zraka ravnomernije rasporedi po celoj površini pre nego što naglo opadne na ivicama, otuda i naziv „cilindar“.

- Zato što se energija prenosi ravnomernije, laser seče efikasnije i brže - kaže doktorand i prvi autor Mingji Liju.

Tim je testirao oba laserska profila na goveđim kostima. Kost je čišćena i hlađena komprimovanim vazduhom i vodom kako bi se sprečila toplotna oštećenja i kako bi rez ostao čist. Ispitivanja su pokazala da je, dok je laser sa uobičajenom Gausovom raspodelom sekao samo oko 2,6 centimetara u dubinu, onaj sa novim profilom „cilindra“ dostigao 4,4 centimetra.

- Ključni faktor za efikasnost sečenja je činjenica da kod konvencionalnog laserskog profila, zidovi reza apsorbuju deo energije. Na određenoj dubini, energija na dnu reza više nije dovoljna za dublje sečenje. Profil „cilindra” prevazilazi ovaj problem jer je energija u zraku raspoređena drugačije i stoga je zidovi reza ne troše – naveo je on.

Istraživači sada rade na daljoj optimizaciji dubine sečenja i brzine svog lasera. Lasersko sečivo je i dalje znatno sporije od metalnog: u jednoj sekundi može da ukloni oko 0,4 kubna milimetra, dok mehanička testera može da ukloni 11 kubnih milimetara, što je više od 20 puta više. To znači da je laser još previše spor, ali se po prvi put približava potrebnoj dubini.

- U okviru narednih koraka, moraćemo takođe da istražimo kako možemo da prilagodimo sistem složenijoj situaciji u telu. Tu je reč i o zaštiti okolnog tkiva – objasnilla je Kanbaz.

(Telegraf Nauka/EurekAlert!)