在微創(chuàng)外科手術(shù)中，外科醫(yī)生通過自然孔口或小的外部切除物進(jìn)入內(nèi)部組織是醫(yī)學(xué)上的普遍做法。對患有神經(jīng)系統(tǒng)疾病的患者，它們的執(zhí)行范圍很廣，例如通過導(dǎo)管輸送支架，治療腹部并發(fā)癥以及在顱底進(jìn)行經(jīng)鼻手術(shù)。

用于這種手術(shù)的設(shè)備的端部是高度柔性的(或“鉸接的”)，以使得能夠可視化和特定地操縱目標(biāo)組織中的手術(shù)部位。在允許外科醫(yī)生切開或干燥(干燥)組織并阻止體內(nèi)深處的內(nèi)部出血(凝結(jié))的能量輸送裝置的情況下，在裝置的末端增加了一個(gè)發(fā)熱能源。但是，目前必須將通過光纖或電極傳送的可用能源(例如射頻電流)靠近目標(biāo)部位，這限制了手術(shù)的精確度，并可能在相鄰的組織部分引起不希望的灼傷并產(chǎn)生煙霧。

已經(jīng)在許多外部手術(shù)(例如在眼睛或皮膚中進(jìn)行的手術(shù))中廣泛使用的激光技術(shù)將是一種有吸引力的解決方案。對于內(nèi)部手術(shù)，需要在內(nèi)窺鏡的遠(yuǎn)端處精確地操縱，定位和快速重新定位激光束，這不能通過當(dāng)前可用的相對龐大的技術(shù)來完成。

現(xiàn)在，由Wyss副教授Robert Wood博士和博士后研究員Peter York博士在哈佛大學(xué)Wyss生物啟發(fā)工程學(xué)院和John A. Paulson工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)的機(jī)器人工程師( SEAS)開發(fā)了一種微型6x16毫米封裝的激光轉(zhuǎn)向微型機(jī)器人，該機(jī)器人具有很高的速度和精度，并且可以與現(xiàn)有的內(nèi)窺鏡工具集成。《科學(xué)機(jī)器人》雜志報(bào)道了他們的方法，可以幫助顯著提高眾多微創(chuàng)手術(shù)的能力。

“為了在體內(nèi)進(jìn)行微創(chuàng)激光手術(shù)，我們設(shè)計(jì)了一種微機(jī)器人方法，使我們可以將激光束精確地對準(zhǔn)感興趣的解剖區(qū)域內(nèi)復(fù)雜模式的小目標(biāo)部位，”約克說。研究和伍德微機(jī)器人團(tuán)隊(duì)的博士后研究員。“憑借其廣泛的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，最小的占地面積以及快速而精確的動(dòng)作，僅通過以即插即用的方式添加到現(xiàn)有的內(nèi)窺鏡設(shè)備中，這種激光轉(zhuǎn)向末端執(zhí)行器就具有增強(qiáng)手術(shù)能力的巨大潛力。”

該團(tuán)隊(duì)需要克服光學(xué)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)在設(shè)計(jì)，驅(qū)動(dòng)和微制造方面的基本挑戰(zhàn)，以便在激光束從光纖中射出后能夠?qū)ζ溥M(jìn)行嚴(yán)格控制。尺寸限制加劇了這些挑戰(zhàn)以及對速度和精度的需求-整個(gè)機(jī)構(gòu)必須容納在具有吸管直徑的圓柱形結(jié)構(gòu)中，以用于內(nèi)窺鏡檢查。

第二作者Rut說：“我們發(fā)現(xiàn)，為了控制和重定向激光束，在一個(gè)小的“振鏡”設(shè)計(jì)中，三個(gè)可以快速相對旋轉(zhuǎn)的小鏡子的配置為我們的小型化工作提供了一個(gè)最佳選擇。佩尼亞(Peña)是伍德小組中具有微制造專業(yè)知識(shí)的機(jī)械工程師。“為達(dá)到這一目標(biāo)，我們利用了微制造兵工廠的方法，其中將模塊化組件逐步層疊到毫米級(jí)的上層建筑上，這是一種高效的制造過程，在快速迭代設(shè)計(jì)以尋求最佳性能并交付時(shí)大規(guī)模生產(chǎn)成功產(chǎn)品的強(qiáng)大策略。”

該團(tuán)隊(duì)證明了他們的激光轉(zhuǎn)向末端執(zhí)行器，小型化為直徑僅為6 mm，長度為16 mm的圓柱體，能夠繪制出并跟蹤復(fù)雜的軌跡，在該軌跡上可以高速進(jìn)行多次激光燒蝕。范圍大，并且重復(fù)精度高。

為了進(jìn)一步證明該設(shè)備在連接到普通結(jié)腸鏡的末端后，可以應(yīng)用于栩栩如生的內(nèi)窺鏡檢查任務(wù)，在Wyss臨床研究員Daniel Kent博士的建議下，York和Peña通過導(dǎo)航成功地模擬了息肉切除通過遠(yuǎn)程操作在橡膠制成的臺(tái)式幻像紙巾中安裝他們的設(shè)備。肯特還是貝絲以色列女執(zhí)事醫(yī)療中心的普通外科住院醫(yī)師。

“在這種多學(xué)科的方法中，我們設(shè)法利用我們的能力來快速建立過去十年來開發(fā)的復(fù)雜微機(jī)器人機(jī)制的原型，以為臨床醫(yī)生提供無干擾的解決方案，從而使他們能夠擴(kuò)大微創(chuàng)手術(shù)的可能性。具有改變生命或潛在挽救生命的作用。”資深作者伍德博士說，他也是SEAS的查爾斯河工程與應(yīng)用科學(xué)教授。

Wood的微型機(jī)器人團(tuán)隊(duì)與Wyss Institute的技術(shù)翻譯專家一起為他們的方法申請了專利，現(xiàn)在，作為外科手術(shù)內(nèi)窺鏡的附加組件，他們正在進(jìn)一步降低其醫(yī)療技術(shù)(MedTech)的風(fēng)險(xiǎn)。

Wyss說：“ Wyss研究所專注于微型機(jī)器人設(shè)備，這是由Robert Wood的團(tuán)隊(duì)與跨學(xué)科的臨床醫(yī)生和翻譯專家合作開發(fā)的新型激光轉(zhuǎn)向設(shè)備，有望徹底改變在許多疾病領(lǐng)域進(jìn)行微創(chuàng)外科手術(shù)的方式。”創(chuàng)始董事Donald Ingber博士，他還是哈佛醫(yī)學(xué)院和波士頓兒童醫(yī)院的Judah Folkman血管生物學(xué)教授，以及SEAS生物工程學(xué)教授。

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