LASER 2023技术论坛：光子学有望实现手术机器人的自主化

未来的手术室会是什么样子？如果在LASER World of Photonics 2023上举行的关于机器人手术的技术论坛的建议被证明是准确的，那么我们将看到一些由光子学和激光驱动的非凡的新技术。

当然，光子学技术已经广泛用于外科手术，白内障摘除术是全球第一大外科手术，现在每年进行约2500万次手术，这一事实强调了这一点。这主要是因为眼睛为基于光的干预措施提供了一个理想的光学窗口，而激光矫正视觉缺陷也已经有几十年的临床应用历史。卡尔蔡司最先进的机器人“SMILE”（SMall Incision Lenticule Extraction）系统的开发始于20年前，使用飞秒激光并在2022年进行了约700万次矫正。

机器人辅助手术已经是一个成熟的领域，但目前这一代的机器人都依赖于外科医生的控制。光学技术的整合可以改变这种状况，并使该技术走向完全自主化

来自耶拿的手术机器人制造商AvateraMedical的Erik Markveg概述了未来可能出现在平台上的光学技术。他强调说，今天的手术机器人仍然全部依赖于外科医生从目镜中看到的情况，它们还不是自主系统。

为此，AvateraMedical公司增加了沉浸式目镜、触觉传感器和立体光学等功能，为外科医生提供接近“自然”的反馈，而这种反馈在传统手术中已经消失。Markveg说，成像将在机器人辅助手术的未来发展中发挥关键作用，最终实现自主操作。可能支持这一转变的技术包括用于组织鉴别的自动荧光，识别肿瘤和血液灌注的光谱成像，识别组织层和神经的光学相干断层扫描（OCT），甚至提供分子信息的拉曼技术。

全身OCT扫描

OCT是吕贝克大学的Robert Huber——该技术最初的先驱者之一——挑起的话题。Huber的团队现在已经开发了一个能够进行30MHz操作的系统，允许每秒进行数千万次深度扫描。这意味着，尽管OCT总是难以穿透超过1毫米的人类皮肤，但“MHz-OCT”提供了快速扫描大面积皮肤的前景，只要能够处理产生的巨大数据流。

Huber展示了以这种方式拍摄的整个人类手部的活体图像，并说原则上只需三分钟就可以扫描整个身体的可疑皮肤病变。Huber在论坛上表示：用于医疗机器人的OCT就像用于自动驾驶汽车的激光雷达一样。这项技术在迈向更自主的手术机器人的过程中非常宝贵。Huber位于慕尼黑的初创公司OptoRes正在寻求将该技术实现商业化。该技术是基于其专利的傅里叶域模式锁定（FDML）方法。

骨骼机

另一家初创公司Advanced Osteotomy Tools（AOT）正在追求一个更加激进的想法。这家位于巴塞尔的公司的口号是“我们的激光骨骼”，AOT正在寻求通过使用铒-YAG源来重塑骨骼手术。

发出2490纳米的微秒脉冲，该波长与骨骼中存在的水的吸收峰相匹配，并通过加热水而不是直接加热骨组织来发挥作用。首席技术官Tobias Wilken监督了AOT的“CARLO”（冷消融机器人引导的激光骨成形术）系统的开发，该系统在涉及100多名患者的临床研究后获得了CE标志认证。

开发商AOT将其描述为世界上第一台骨切割激光器，CARLO机器人被批准用于颌面外科手术

据称，CARLO目前已在十几家诊所（主要在法国和德国）部署，它以比传统医疗锯或钻头创伤小得多的方式逐层切除骨组织，保留了更多的骨结构，帮助病人更快痊愈。Wilken说，动物研究也表明骨质增生增加。

膝关节手术是很有前景的应用领域，激光系统更大的灵活性可以用来帮助解决目前需要进行全膝关节置换的具体问题，以及对耳蜗和中耳的干预。Wilkens将该工具的通用性比作手术刀或钻头，将该方法及其数字工作流程描述为外科手术数字化的缺失关键。

激光开颅术

同一会议还听取了弗莱堡神经外科医生Peter Reinacher的精彩演讲，他一直在与弗劳恩霍夫激光技术研究所（ILT）合作研究用于开颅手术的激光。

Reinacher解释说，众所周知，通过深脑刺激来控制帕金森病引起的严重震颤，或者切除低级别胶质瘤，但是许多病人对在头骨上钻洞感到厌恶，这是可以理解的。传统钻头也有很高的附带损害风险，因此该团队已着手开发一种更安全、更适合病人的激光替代方法。

到目前为止，结果是一种名为“STELLA”的Q开关二氧化碳激光器，在动物试验中，它能够以与传统工具相似的速度去除颅骨组织，在与手术中典型特征的喷水一起使用时，具有高效的消融和无热损伤。

这项技术目前还没有进行临床测试验证，激光开颅器也用OCT进行监测，它允许在激光完全刺穿颅骨之前停止组织切除。相反，一层几百微米厚的骨组织可以安全地留在原地，然后用更传统的工具移除。