Minispeglar banar väg för laserskalpell

Att operera utan att öppna stora delar av kroppen har många fördelar. Det ger generellt mindre smärta efter operationen, kortare läkningstid och lägre risk för komplikationer.

Ett kirurgiskt verktyg i samma anda är laserskalpellen, som kirurger kontrollerar med hjälp av robotik. Med lasern kan kirurger exempelvis skära bort polyper på ömtåliga, svåråtkomliga ställen, eftersom tekniken möjliggör snitt med hög precision, minimal blödning och utan onödig skada på omkringliggande vävnad.

Men ingrepp via titthål eller kroppsöppningar kräver små instrument, och laserskalpeller är svåra att krympa ned utan att offra det som gör tekniken användbar. Främst handlar det om att kunna skära snabbt från punkt A till B och att vinkla lasern mycket åt olika håll.

Nu presenterar forskare vid Harvard University i USA en robotstyrd laserskalpell som kombinerar nätthet, snabbhet och kontroll, och som kretsar kring tre minispeglar.

Lika tjock som en blyertspenna

Instrumentet är bara 16 millimeter långt och inte bredare än en blyertspenna. Tanken är att kunna montera lasern på verktyg som redan i dag låter läkare ta en titt inuti kroppen, till exempel kameran som används vid undersökningar av tjocktarmen – en koloskopi.

Speglarna kan vinkla lasern ungefär lika mycket som andra lösningar med liknande teknik, men mycket snabbare – upp till 3900 millimeter i sekunden, istället för omkring 170 mm/s.

Snabbheten är viktig eftersom kirurgisk laser är mycket kraftfull och inte får riktas mot en och samma punkt för länge. Kirurgen måste kunna lägga blixtsnabba snitt för att inte skära för djupt och orsaka brännskador på omkringliggande vävnad.

Speglarna drivs av små piezoelektriska kristaller som rör sig när de utsätts för elektrisk spänning. Komponenterna som omvandlar rörelsen till rotation för speglarna är tillverkade med en särskild process, internt på Harvard. Processen kallas Printed Circuit MEMS, och är nyckeln till mekanismens miniatyrformat.

– Alternativet hade varit att använda små elmotorer, men de går helt enkelt inte att göra tillräckligt små för våra syften, säger studiens huvudförfattare Peter York, doktor i robotik vid Harvard University i Cambridge, USA.

Måste valideras med riktig laser

Hittills har forskarna bara genomfört tester med en vanlig peklaser, möjligen stark nog för att blända men inte för att skära i vävnad vilket är studiens stora brasklapp.

– Vi känner oss rätt trygga i att kunna inkorporera kirurgiska lasrar i vår design framöver. Men sådana lasrar kommer med en del utmaningar, främst kring att hantera värme, säger Peter York.

En starkare laser är synonym med mer energi. På väg in i kroppen absorberar de optiska komponenterna en del av energin som värme, vilket kan förkorta livet på hela mekanismen.

– För att kompensera kan speglarna behöva bli tjockare och få små flänsar som absorberar värmen. Då skulle systemet bli mekaniskt långsammare, men vi bedömer att det redan är snabbare än vad som krävs vid kirurgi och tror därför att det är en acceptabel kompromiss.

Studien är publicerad i tidskriften Science Robotics.