来自哈佛大学Wyss研究所和约翰·a·保尔森工程与应用科学学院(SEAS)的机器人工程师已经开发出了一种激光转向微型机器人，它可以与现有的内镜工具集成，用于微创手术。《科学机器人》杂志报道了他们的研究方法。
内窥镜工具的末端必须高度灵活，以便能够看到和操作目标组织的手术部位。在提供能量的设备中，外科医生可以切割或干燥组织并阻止内部出血，在设备的末端增加一个热能源。
目前可用的能源通过纤维或电极输送，限制了手术的精度，并可能导致相邻组织部分不必要的烧伤和产生烟雾。虽然激光技术将是一个有吸引力的解决方案，但激光束需要精确的导向、定位和快速重新定位在内窥镜的远端，这是目前相对庞大的技术无法完成的。
由Wyss副教授Robert Wood和Wyss生物启发工程研究所和海洋研究所博士后Peter York领导的激光导向微型机器人，其6×16毫米的小型化包装，可以操作所需的高速和精确的微创手术。
”,使体内微创激光手术,我们设计了一个microrobotic方法使我们能够精确地直接一束激光在复杂的模式在一个解剖小目标网站感兴趣的领域,”说,第一次和这项研究的共同作者和博士后在木头的微型机器人团队。“由于其关节范围大，占地面积小，动作快速而精确，这种激光转向终端执行器具有极大的潜力，只要以即插即用的方式添加到现有的内窥镜设备上，就可以增强手术能力。”
该团队需要克服光学转向机构的设计、驱动和微细制造方面的基本挑战，以实现对从光纤中射出的激光束的严格控制。这些挑战，以及对速度和精度的需求，都因尺寸的限制而加剧——整个机械装置必须装在一个圆柱形结构中，直径大约是一根吸管，这样才能在内窥镜检查中使用。
“我们发现,对指导和调整出激光束,配置的三个小镜子可以快速旋转对彼此在一个小检流计的设计为我们提供了一个甜点小型化的努力,“第二作者车辙佩纳说,最专业的机械工程师伍德组。”,我们从精密加工利用方法阿森纳的模块化组件层压步进式到毫米尺度上的上层建筑——一个高效的制造过程迭代设计时快速寻找一个最佳的,推出一个成功的产品和交付一个健壮的策略。”
团队证明他们laser-steering末端执行器,微型圆柱测量只是直径6毫米,16毫米长,能够制定并遵循复杂轨迹中可以执行多个激光消融速度高,在一个大范围,重复精度高。
进一步显示设备,当普通结肠镜的结束,可以应用到一个栩栩如生的内镜任务,纽约和Pena,建议Wyss临床研究员丹尼尔·肯特成功地模拟了切除息肉的导航设备通过指令的台式幽灵组织用橡胶制成的。肯特也是贝斯以色列女执事医疗中心的普通外科住院医生。
“在这个多学科方法,我们设法利用快速原型复杂microrobotic机制的能力,我们开发了在过去的十年中,为临床医生提供无干扰的解决方案,可以让他们提前的可能性微创手术在人体内的改变生活的或潜在拯救生命的影响,”资深作者Wood说,他也是查尔斯河海洋工程和应用科学学院教授。
伍德的微型机器人团队和Wyss研究所的技术翻译专家已经为他们的方法申请了专利，现在正在进一步降低他们的医疗技术(MedTech)作为外科内窥镜的附加组件的风险。
这项研究由美国国家科学基金会(#CMMI-1830291)和怀斯生物工程研究所(Wyss Institute for biological Inspired Engineering)资助。
这篇文章改编自Wyss研究所的Benjamin Boettner的一篇新闻稿。
新闻旨在传播有益信息，英文原版地址：https://news.harvard.edu/gazette/story/2021/01/laser-steering-microrobot-offers-surgeons-high-speed-precision/