Memegang sinar laser jauh di dalam tubuh
Robotics

Memegang sinar laser jauh di dalam tubuh


End-effector pengarah laser mikrorobotik (di sebelah kanan) dapat digunakan sebagai aksesori tambahan yang dipasang untuk sistem endoskopi yang ada (di sebelah kiri) untuk digunakan dalam pembedahan invasif minimal. Kredit: Wyss Institute di Universitas Harvard

Operasi invasif minimal di mana ahli bedah mendapatkan akses ke jaringan internal melalui lubang alami atau sayatan eksternal kecil adalah praktik umum dalam kedokteran. Mereka dilakukan untuk berbagai masalah seperti pemasangan stent melalui kateter, mengobati komplikasi perut, dan melakukan operasi transnasal di dasar tengkorak pada pasien dengan kondisi neurologis.

Ujung perangkat untuk operasi semacam itu sangat fleksibel (atau “diartikulasikan”) untuk memungkinkan visualisasi dan manipulasi spesifik dari tempat pembedahan di jaringan target. Dalam kasus perangkat penghasil energi yang memungkinkan ahli bedah untuk memotong atau mengeringkan (mengeringkan) jaringan, dan menghentikan pendarahan internal (menggumpal) jauh di dalam tubuh, sumber energi penghasil panas ditambahkan ke ujung perangkat. Namun, sumber energi yang tersedia saat ini yang dikirim melalui serat atau elektroda, seperti arus frekuensi radio, harus didekatkan ke lokasi target, yang membatasi presisi pembedahan dan dapat menyebabkan luka bakar yang tidak diinginkan di bagian jaringan yang berdekatan dan perkembangan asap.

Teknologi laser yang sudah banyak digunakan di sejumlah operasi luar, seperti yang dilakukan pada mata atau kulit, akan menjadi solusi yang menarik. Untuk operasi internal, sinar laser perlu diarahkan secara tepat, diposisikan dan dengan cepat diposisikan ulang di ujung distal endoskopi, yang tidak dapat dilakukan dengan teknologi besar yang tersedia saat ini.

Video yang mendemonstrasikan bagaimana laser diarahkan dan diarahkan melalui perangkat robotik. Kredit: York et al., Sci. Robot. 6, eabd5476 (2021)

Sekarang, insinyur robotik dipimpin oleh anggota Fakultas Wyss Associate Robert Wood, Ph.D., dan rekan postdoctoral Peter York, Ph.D., di Institut Wyss untuk Teknik yang Terinspirasi Secara Biologis Universitas Harvard dan Sekolah John A.Paulson untuk Teknik dan Sains Terapan ( SEAS) telah mengembangkan mikrorobot kemudi laser dalam paket miniatur 6×16 milimeter yang beroperasi dengan kecepatan dan presisi tinggi, dan dapat diintegrasikan dengan alat endoskopi yang ada. Pendekatan mereka, dilaporkan dalam Ilmu Robotika, dapat membantu secara signifikan meningkatkan kemampuan berbagai operasi invasif minimal.

“Untuk memungkinkan operasi laser invasif minimal di dalam tubuh, kami merancang pendekatan mikrorobotik yang memungkinkan kami mengarahkan sinar laser secara tepat ke lokasi target kecil dalam pola kompleks dalam area anatomi yang diminati,” kata York, penulis pertama dan terkait di belajar dan rekan postdoctoral di tim mikrorobotik Wood. “Dengan jangkauan artikulasi yang luas, footprint yang minimal, dan tindakan yang cepat dan tepat, end-effector pengarah laser ini memiliki potensi besar untuk meningkatkan kemampuan pembedahan hanya dengan ditambahkan ke perangkat endoskopi yang ada dengan cara plug-and-play.”

Tim harus mengatasi tantangan dasar dalam desain, penggerak, dan fabrikasi mikro mekanisme kemudi optik yang memungkinkan kontrol ketat atas sinar laser setelah keluar dari serat optik. Tantangan ini, bersama dengan kebutuhan akan kecepatan dan ketepatan, diperburuk oleh batasan ukuran — seluruh mekanisme harus ditempatkan dalam struktur silinder dengan diameter sedotan agar dapat digunakan untuk prosedur endoskopi.

Video yang mendemonstrasikan ketepatan gerakan laser, dalam mengikuti lintasan berbentuk bintang dengan kecepatan tinggi. Kredit: York et al., Sci. Robot. 6, eabd5476 (2021)

“Kami menemukan bahwa untuk mengarahkan dan mengarahkan kembali sinar laser, konfigurasi tiga cermin kecil yang dapat dengan cepat berputar satu sama lain dalam desain ‘galvanometer’ kecil memberikan titik yang tepat untuk upaya miniaturisasi kami,” kata penulis kedua Rut Peña, seorang insinyur mesin dengan keahlian manufaktur mikro di grup Wood. “Untuk mencapainya, kami memanfaatkan metode dari gudang mikrofabrikasi kami di mana komponen modular dilaminasi secara bertahap ke superstruktur dalam skala milimeter — proses fabrikasi yang sangat efektif dalam hal iterasi desain dengan cepat untuk mencari yang optimal, dan mengirimkan strategi yang kuat untuk memproduksi massal produk yang sukses. “

Video tentang laser kecil yang digunakan pada kolonoskop menjadi model usus besar buatan. Kredit: York et al., Sci. Robot. 6, eabd5476 (2021)

Tim mendemonstrasikan bahwa end-effector laser-steering mereka, yang dibuat miniatur menjadi silinder dengan diameter hanya 6 mm dan panjang 16 mm, mampu memetakan dan mengikuti lintasan kompleks di mana beberapa ablasi laser dapat dilakukan dengan kecepatan tinggi, lebih dari itu. jangkauan yang luas, dan diulangi dengan akurasi tinggi.

Untuk lebih menunjukkan bahwa perangkat, ketika dipasang ke ujung kolonoskop umum, dapat diterapkan pada tugas endoskopi yang menyerupai kehidupan, York dan Peña, disarankan oleh Wyss Clinical Fellow Daniel Kent, MD, berhasil mensimulasikan reseksi polip dengan menavigasi perangkat mereka melalui tele-operation dalam jaringan bayangan di atas meja yang terbuat dari karet. Kent juga adalah seorang dokter residen di bedah umum di Beth Israel Deaconess Medical Center.

Memegang sinar laser jauh di dalam tubuh

Foto pencahayaan lama menunjukkan jenis kontrol kompleks yang dapat dilakukan alat kemudi laser. Gambar menunjukkan alat kemudi laser dengan label “μlase” sebagai singkatan dari “Microlaser”. Kredit: Peter York / Universitas Harvard

“Dalam pendekatan multi-disiplin ini, kami berhasil memanfaatkan kemampuan kami untuk dengan cepat membuat prototipe mekanisme mikrorobotik kompleks yang telah kami kembangkan selama dekade terakhir untuk memberikan solusi non-disruptif kepada para dokter yang memungkinkan mereka memajukan kemungkinan operasi invasif minimal di tubuh manusia dengan dampak yang mengubah hidup atau berpotensi menyelamatkan nyawa, “kata penulis senior Wood, Ph.D., yang juga merupakan Profesor Teknik dan Sains Terapan Charles River di SEAS.

Tim mikrorobotik Wood bersama dengan ahli penerjemahan teknologi di Wyss Institute telah mematenkan pendekatan mereka dan sekarang mengurangi risiko teknologi medis mereka (MedTech) sebagai tambahan untuk endoskopi bedah.

Memegang sinar laser jauh di dalam tubuh

Alat kemudi laser mikrorobotik ditunjukkan dengan pensil dan penggaris untuk skala. Perangkat tersebut berdiameter 6 milimeter dan panjang 16 milimeter. Kredit: Peter York / Universitas Harvard

“Fokus Institut Wyss pada perangkat mikrorobotik dan perangkat pengarah laser baru yang dikembangkan oleh tim Robert Wood yang bekerja lintas disiplin ilmu dengan dokter dan ahli dalam penerjemahan diharapkan akan merevolusi bagaimana prosedur bedah minimal invasif dilakukan di sejumlah area penyakit,” kata Wyss Direktur Pendiri Donald Ingber, MD, Ph.D., yang juga merupakan Profesor Biologi Vaskular Judah Folkman di Harvard Medical School dan Rumah Sakit Anak Boston, dan Profesor Bioteknologi di SEAS.


Miniatur manipulator terinspirasi Origami meningkatkan presisi dan kontrol prosedur bedah teleoperated


Informasi lebih lanjut:
PA York el al., “Pengemudian laser mikrorobotik untuk operasi invasif minimal,” Ilmu Robotika (2021). robotics.sciencemag.org/lookup… /scirobotics.abd5476

“Membawa cahaya ke dalam tubuh untuk melakukan operasi yang lebih baik,” Ilmu Robotika (2021). robotics.sciencemag.org/lookup… /scirobotics.abf1523

Disediakan oleh Universitas Harvard

Kutipan: Menggunakan sinar laser jauh di dalam tubuh (2021, 13 Januari) diambil 13 Januari 2021 dari https://techxplore.com/news/2021-01-wielding-laser-deep-body.html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Data SGP 2020