Het gebruik van lasers in plaats van scalpels en zagen heeft veel voordelen bij operaties. Toch worden ze alleen in geïsoleerde gevallen gebruikt. Maar daar zou verandering in kunnen komen:lasersystemen worden steeds slimmer en beter, zoals een onderzoeksteam van de Universiteit van Basel aantoont.

Zelfs in 1957, toen Gordon Gould de term ‘laser’ bedacht (afkorting van ‘Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation’), stelde hij zich al de mogelijkheden voor van het gebruik ervan in de geneeskunde. Chirurgen zouden nauwkeurige incisies kunnen maken zonder de patiënt zelfs maar aan te raken.

Maar voordat dat kon gebeuren, moesten er – en zijn er nog steeds – veel hindernissen overwonnen. Handmatig bediende lichtbronnen zijn vervangen door mechanische en computergestuurde systemen om verwondingen veroorzaakt door onhandige bediening te verminderen. Door over te schakelen van continue stralen naar gepulseerde lasers, die zichzelf snel aan en uit zetten, is de warmte die ze produceren verminderd. Dankzij technische vooruitgang konden lasers begin jaren negentig de wereld van de oogheelkunde betreden. Sindsdien heeft de technologie ook op andere terreinen van de geneeskunde vooruitgang geboekt, maar slechts bij relatief weinig toepassingen heeft zij het scalpel en de botzaag vervangen.

Veiligheidsoverwegingen vormen de belangrijkste hindernis:hoe kunnen we letsel aan het omringende weefsel voorkomen? Hoe nauwkeurig kan de snijdiepte worden gecontroleerd, zodat diepere weefsellagen niet per ongeluk worden beschadigd?

Onderzoekers van de Universiteit van Basel hebben zojuist een belangrijke bijdrage geleverd aan het veilige en nauwkeurige gebruik van lasers met hun recente publicatie in het tijdschrift Lasers in Surgery and Medicine . Het onderzoeksteam, geleid door Dr. Ferda Canbaz van de afdeling Biomedische Technologie in Bazel en professor Azhar Zam, voorheen van de Universiteit van Bazel maar nu gevestigd aan de New York University, heeft een systeem ontwikkeld dat drie functies combineert:het snijdt bot, regelt de snijdiepte en maakt onderscheid tussen verschillende weefsels.

Drie lasers gericht op één plek

Deze drie functies worden uitgevoerd door drie lasers die zijn uitgelijnd om op dezelfde plek scherp te stellen. De eerste laser dient als weefselsensor doordat hij de omgeving scant van de plaats waar het bot moet worden gesneden.

Met deze laser worden met regelmatige tussenpozen pulsen naar het oppervlak gestuurd, waarbij elke keer een klein stukje weefsel wordt verdampt. De samenstelling van dit verdampte weefsel wordt gemeten met een spectrometer. Elk type weefsel heeft zijn eigen individuele spectrum, zijn eigen signatuur. Een algoritme verwerkt deze gegevens en creëert een soort kaart die laat zien waar de botten zich bevinden en waar het zachte weefsel zich bevindt.

Pas nadat dit alles is voltooid, wordt de tweede laser, die bot snijdt, geactiveerd, en dan alleen op plaatsen waar botten in plaats van zacht weefsel worden weergegeven op de kaart die zojuist is gegenereerd. Tegelijkertijd meet de derde laser – een optisch systeem – de diepte van de snede en controleert of de snijlaser niet dieper doordringt dan gepland. Tijdens de snijfase controleert de weefselsensor bovendien voortdurend of het juiste weefsel wordt gesneden.

Autonome controle

"Het bijzondere aan ons systeem is dat het zichzelf controleert – zonder menselijke tussenkomst", zegt laserfysicus Ferda Canbaz.

De onderzoekers hebben hun systeem tot nu toe getest op dijbeenbotten en weefsel van varkens verkregen bij een plaatselijke slager. Zij konden bewijzen dat hun systeem tot op een fractie van een millimeter nauwkeurig werkt. De snelheid van de gecombineerde laser benadert ook die van een conventionele chirurgische ingreep.

Het onderzoeksteam werkt momenteel aan het kleiner maken van het systeem. Ze hebben het al teruggebracht tot het formaat van een luciferdoosje als ze alleen het optische systeem en de snijlaser combineren, zoals gerapporteerd in Optics Continuum . Zodra ze de weefselsensor hebben toegevoegd en het hele systeem verder hebben kunnen miniaturiseren, zouden ze deze in de punt van een endoscoop moeten kunnen plaatsen om minimaal invasieve operaties uit te voeren.

Minder invasieve chirurgie

"Meer gebruik maken van lasers bij operaties is om een ​​aantal redenen een waardige ambitie", zegt dr. Arsham Hamidi, hoofdauteur van het onderzoek. Contactloos knippen verkleint de kans op infecties enigszins, benadrukt hij. "Kleinere en preciezere incisies zorgen er ook voor dat het weefsel sneller geneest en dat de littekens verminderen."

Door gecontroleerd te snijden met behulp van lasers kunnen ook nieuwe snijvormen worden toegepast, zodat bijvoorbeeld een botimplantaat fysiek met het bestaande bot kan worden verbonden. "Op een dag kunnen we het misschien helemaal zonder botcement doen", voegt Ferda Canbaz toe.

Er zijn ook andere operatiegebieden waar dit soort gecombineerde opzet nuttig zou kunnen zijn:het zou het mogelijk kunnen maken om tumoren met grotere precisie te onderscheiden van het omliggende gezonde weefsel en ze vervolgens uit te snijden zonder onnodig veel van het aangrenzende weefsel te verwijderen. Eén ding is zeker:Gordon Goulds visie op de laser als veelzijdig medisch hulpmiddel komt steeds dichterbij.

Meer informatie: Arsham Hamidi et al, Multimodale feedbacksystemen voor slimme laserosteotomie:dieptecontrole en weefseldifferentiatie, Lasers in chirurgie en geneeskunde (2023). DOI:10.1002/lsm.23732 Arsham Hamidi et al.,

Op weg naar geminiaturiseerde OCT-geleide laserosteotomie:integratie van vezelgekoppelde Er:YAG-laser met OCT, Optics Continuum (2023). DOI:10.1364/OPTCON.497483

Journaalinformatie: Lasers in chirurgie en geneeskunde

Aangeboden door Universiteit van Bazel