智能激光取代骨锯

在外科手术中使用激光而不是手术刀和锯子有很多好处。然而，它们只在个别情况下使用。但是，这种情况可能会发生改变：正如巴塞尔大学的一个研究小组所展示的那样，激光系统正在变得越来越智能、越来越好。

早在 1957 年，当戈登-古尔德创造了 "激光"（"受激辐射光放大 "的缩写）这一术语时，他就已经开始想象它在医学中应用的可能性。外科医生甚至不用接触病人，就能精确地切开伤口。

然而，在实现这一目标之前，还有许多障碍需要克服。手动控制光源已被机械和计算机控制系统取代，以减少笨拙操作造成的伤害。从连续光束到脉冲激光（可快速开启和关闭）的转换减少了激光产生的热量。20 世纪 90 年代初，技术进步使激光进入了眼科领域。从那时起，这项技术也开始应用于其他医学领域，但只有在相对较少的应用中才取代了手术刀和骨锯。

安全问题是最重要的障碍：如何防止周围组织受伤？如何严格控制切割深度，以免意外损伤深层组织？

巴塞尔大学的研究人员最近在《激光在外科和医学中的应用》（Lasers in Surgery and Medicine）杂志上发表论文，为安全、精确地使用激光做出了重要贡献。由巴塞尔生物医学工程系的费尔达-坎巴兹博士（Dr. Ferda Canbaz）和前巴塞尔大学教授、现纽约大学教授阿扎尔-扎姆（Professor Azhar Zam）领导的研究小组开发出了一种集三种功能于一身的系统：切割骨骼、控制切割深度和区分不同组织。

Arsham Hamidi 博士和 Ferda Canbaz 博士在激光实验室。图片来源：Reinhard Wendler，巴塞尔大学

三束激光对准一个点

这三种功能由三束激光实现，它们对准同一个光点。第一束激光是组织传感器，它可以扫描需要切割骨骼的部位的周围环境。

可以说，每隔一定时间，这束激光就会向表面发出脉冲，每次都会蒸发一小部分组织。气化组织的成分通过光谱仪进行测量。每种组织都有自己的光谱--自己的特征。一种算法会处理这些数据，并创建一种地图，显示骨骼的位置和软组织的位置。

直到所有这些都完成后，切割骨骼的第二台激光器才会启动，而且只在刚刚生成的地图上显示骨骼而非软组织的位置启动。与此同时，第三台激光器--光学系统--测量切割深度，检查切割激光的穿透深度是否超出计划。在切割阶段，组织传感器还不断监测切割的组织是否正确。

自主控制

"激光物理学家费尔达-坎巴兹（Ferda Canbaz）说："我们这套系统的特别之处在于它能自动控制，不受人为干扰。

到目前为止，研究人员已经在从当地屠夫那里获得的猪的股骨和组织上测试了他们的系统。结果证明，他们的系统可以精确到几分之一毫米。组合激光的速度也接近传统外科手术的速度。

研究小组目前正在努力缩小该系统。据《光学连续》（Optics Continuum）杂志报道，他们已经将光学系统和切割激光器单独组合，缩小到火柴盒大小。一旦他们添加了组织传感器，并设法将整个系统进一步小型化，就可以将其安装在内窥镜的尖端，进行微创手术。

微创手术

"这项研究的主要作者阿尔沙姆-哈米迪博士说："出于多种原因，在外科手术中更多地使用激光是一个值得追求的目标。他指出，无接触切割在一定程度上降低了感染风险。"切口更小、更精确也意味着组织愈合更快，疤痕更少"。

利用激光以受控方式进行切割还可以应用新的切割形状，例如，可以将骨植入物与现有骨骼进行物理交锁。"费尔达-坎巴兹补充说："也许有一天，我们可以完全不用骨水泥。

费尔达-坎巴兹补充说，"有朝一日，我们也许可以完全不用骨水泥。"在其他外科领域，这种组合装置也会派上用场：它可以更精确地将肿瘤与周围的健康组织区分开来，然后在不切除不必要的邻近组织的情况下将其切除。有一点是肯定的：戈登-古尔德关于激光作为一种多功能医疗工具的设想正日益逼近。