L’uso dei laser anziché dei bisturi e delle seghe presenta numerosi vantaggi in chirurgia. Eppure vengono utilizzati solo in casi isolati. Ma le cose potrebbero cambiare:i sistemi laser stanno diventando sempre più intelligenti e migliori, come dimostra un gruppo di ricerca dell'Università di Basilea.
Già nel 1957, quando Gordon Gould coniò il termine "laser" (abbreviazione di "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation"), stava già immaginando le possibilità del suo utilizzo in medicina. I chirurghi sarebbero in grado di effettuare incisioni precise senza nemmeno toccare il paziente.
Prima che ciò potesse accadere, tuttavia, c’erano – e ci sono ancora – molti ostacoli da superare. Le sorgenti luminose controllate manualmente sono state sostituite da sistemi meccanici e controllati da computer per ridurre gli infortuni causati da una manipolazione goffa. Il passaggio dai raggi continui ai laser pulsati, che si accendono e si spengono rapidamente, ha ridotto il calore che producono. I progressi tecnici hanno consentito ai laser di entrare nel mondo dell’oftalmologia all’inizio degli anni ’90. Da allora, la tecnologia ha fatto passi da gigante anche in altri settori della medicina, ma solo in relativamente poche applicazioni ha sostituito il bisturi e la sega per ossa.
I problemi di sicurezza rappresentano l’ostacolo più importante:come possiamo prevenire lesioni ai tessuti circostanti? Con quanta precisione è possibile controllare la profondità di taglio in modo che gli strati più profondi di tessuto non vengano danneggiati accidentalmente?
I ricercatori dell'Università di Basilea hanno appena dato un importante contributo all'uso sicuro e preciso dei laser con la loro recente pubblicazione sulla rivista Lasers in Surgery and Medicine . Il gruppo di ricerca, guidato dalla dottoressa Ferda Canbaz del Dipartimento di ingegneria biomedica di Basilea e dal professor Azhar Zam, ex dell'Università di Basilea ma ora con sede alla New York University, ha sviluppato un sistema che combina tre funzioni:taglia l'osso, controlla la profondità di taglio e distingue tra diversi tessuti.
Queste tre funzioni sono svolte da tre laser allineati per concentrarsi sullo stesso punto. Il primo laser funge da sensore tissutale in quanto scansiona i dintorni del sito in cui deve essere tagliato l'osso.
Gli impulsi vengono inviati con questo laser alla superficie a intervalli regolari, per così dire, vaporizzando ogni volta un pezzettino di tessuto. La composizione di questo tessuto vaporizzato viene misurata con uno spettrometro. Ogni tipo di tessuto ha il proprio spettro individuale, la propria firma. Un algoritmo elabora questi dati e crea una sorta di mappa che mostra dove si trovano le ossa e dove si trovano i tessuti molli.
Solo quando tutto questo è stato completato il secondo laser, che taglia l'osso, si attiva, e solo nei punti in cui le ossa anziché i tessuti molli sono mostrate sulla mappa appena generata. Allo stesso tempo, il terzo laser, un sistema ottico, misura la profondità del taglio e controlla che il laser di taglio non penetri più in profondità del previsto. Durante la fase di taglio, il sensore tissutale monitora costantemente anche se viene tagliato il tessuto corretto.
"La particolarità del nostro sistema è che si controlla da solo, senza interferenze umane", afferma il fisico dei laser Ferda Canbaz.
I ricercatori hanno finora testato il loro sistema su ossa e tessuti del femore di maiali acquistati da un macellaio locale. Sono stati in grado di dimostrare che il loro sistema funziona con precisione fino a frazioni di millimetro. Anche la velocità del laser combinato si avvicina a quella di una procedura chirurgica convenzionale.
Il gruppo di ricerca sta attualmente lavorando per rendere il sistema più piccolo. Sono già riusciti a ridurlo alle dimensioni di una scatola di fiammiferi combinando il sistema ottico e il solo laser di taglio, come riportato in Optics Continuum . Una volta aggiunto il sensore tissutale e riusciti a miniaturizzare ulteriormente l'intero sistema, dovrebbero essere in grado di inserirlo nella punta di un endoscopio per eseguire operazioni minimamente invasive.
"Fare un maggiore uso dei laser in chirurgia è un'ambizione degna di nota per una serie di ragioni", afferma il dottor Arsham Hamidi, autore principale dello studio. Il taglio senza contatto riduce in qualche modo il rischio di infezioni, sottolinea. "Incisioni più piccole e più precise significano anche che il tessuto guarisce più rapidamente e che le cicatrici si riducono."
Il taglio controllato mediante laser consente inoltre di applicare nuove forme di taglio in modo che, ad esempio, un impianto osseo possa essere fisicamente interconnesso con l'osso esistente. "Un giorno forse potremo fare a meno del cemento osseo", aggiunge Ferda Canbaz.
Ci sono anche altri settori della chirurgia in cui questo tipo di configurazione combinata sarebbe utile:potrebbe consentire di distinguere i tumori dal tessuto sano circostante con maggiore precisione e poi tagliarli senza rimuovere una quantità inutile di tessuto vicino. Una cosa è certa:la visione di Gordon Gould del laser come strumento medico versatile si avvicina sempre di più.
Ulteriori informazioni: Arsham Hamidi et al, Sistemi di feedback multimodali per osteotomia laser intelligente:controllo della profondità e differenziazione dei tessuti, Laser in chirurgia e medicina (2023). DOI:10.1002/lsm.23732 Arsham Hamidi et al,
Verso un'osteotomia laser miniaturizzata guidata da OCT:integrazione del laser Er:YAG accoppiato a fibra con OCT, Optics Continuum (2023). DOI:10.1364/OPTCON.497483
Informazioni sul giornale: Laser in chirurgia e medicina
Fornito dall'Università di Basilea
