Laserul este folosit de ani buni în chirurgie pentru tăieturi precise şi fără contact direct cu ţesutul. În cazul osului, însă, utilizarea sa a fost limitată de adâncimea redusă de tăiere. O echipă de cercetători din Elveţia arată că această limitare poate fi depăşită prin modificarea modului în care este distribuită energia în fasciculul laser.
Un grup de cercetători de la Universitatea din Basel a demonstrat că un laser chirurgical poate realiza tăieturi în os până la o adâncime de 4,4–4,5 centimetri, aproape dublu faţă de sistemele anterioare. Rezultatele au fost publicate în revista Scientific Reports.
În chirurgia osoasă sunt utilizate în mod curent fierăstrăul, dalta şi burghiul. Laserul ar putea completa acest arsenal, mai ales pentru tăieturi foarte precise.
Spre deosebire de instrumentele mecanice, laserul nu exercită presiune asupra osului, ceea ce poate reduce riscul de microfisuri şi permite realizarea unor tăieturi specializate. Acest lucru ar putea facilita inserarea implanturilor articulare, inclusiv a celor personalizate, obţinute prin imprimare 3D.
Laserul este deja utilizat pentru ţesuturile moi. În cazul osului, adâncimea de tăiere era limitată anterior la aproximativ 2–3 centimetri, insuficientă pentru intervenţii precum montarea unui implant articular. Una dintre cauzele performanţei reduse era forma fasciculului laser, mai exact distribuţia energiei în interiorul acestuia.
O echipa coordonată de dr. Ferda Canbaz, din cadrul Departamentului de Inginerie Biomedicală al Universităţii din Basel, a modificat profilul fasciculului. În locul distribuţiei clasice, de tip gaussian, cercetătorii au utilizat un profil cu distribuţie uniformă a energiei pe întreaga suprafaţă a fasciculului, cu o delimitare bruscă la margine.
În profilul gaussian, intensitatea este maximă în centrul fasciculului şi scade progresiv spre margini, asemănător cu lumina unei lanterne. În noul tip de profil, energia este repartizată uniform pe toată suprafaţa fasciculului, iar la margine intensitatea scade brusc.
Potrivit autorilor, simpla creştere a energiei fasciculului nu reprezintă o soluţie, deoarece poate carboniza osul şi afecta procesul de vindecare. Modificarea distribuţiei energiei permite îndepărtarea materialului osos mai eficient şi mai rapid, fără a creşte nivelul total de energie.
Testele au fost realizate pe os bovin. Suprafeţele au fost răcite şi curăţate cu aer comprimat şi apă, pentru a preveni deteriorarea termică şi pentru a menţine vizibilitatea zonei de tăiere. Rezultatele au arătat că laserul cu profil gaussian a atins o adâncime de aproximativ 2,6 centimetri, în timp ce profilul noua abordare a permis tăieturi de până la 4,4 centimetri.
Aerul comprimat şi apa sunt utilizate pentru a menţine reci şi curate suprafeţele tăiate ale osului bovin. Fasciculul laser nu este vizibil. Credit: Universitatea din Basel, Catherine Weyer
Cercetătorii explică faptul că, în cazul profilului convenţional, pereţii tăieturii absorb o parte din energie. La o anumită adâncime, energia rămasă la baza tăieturii nu mai este suficientă pentru a continua secţionarea.
Noua abordare reduce această pierdere de energie prin distribuţia diferită a intensităţii fasciculului.
Deşi progresul este semnificativ în ceea ce priveşte adâncimea, viteza de tăiere rămâne inferioară instrumentelor mecanice. Laserul poate îndepărta aproximativ 0,4 milimetri cubi de os pe secundă, comparativ cu 11 milimetri cubi pe secundă în cazul unui fierăstrău mecanic. Laserul este astfel de peste 20 de ori mai lent, dar pentru prima dată se apropie de adâncimea necesară pentru anumite intervenţii ortopedice.
În continuare, echipa îşi propune să optimizeze suplimentar adâncimea şi viteza de tăiere, precum şi să adapteze sistemul la condiţiile mai complexe din organism, unde este esenţială protejarea ţesuturilor învecinate.
Cercetarea face parte din proiectul Miracle, dedicat dezvoltării de tehnologii inovatoare pentru chirurgia osoasă. Studiul reprezintă prima etapă a proiectului Laser-Blade finanţat de Innosuisse, realizat în colaborare cu compania de tehnologie medicală Smith & Nephew.
