用于骨科手術(shù)的光學傳感

膝蓋和臀部磨損。背部和頸部變得不穩(wěn)定。幸運的是，整形外科醫(yī)生專門從事肌肉骨骼修復。以前需要開放式手術(shù)的手術(shù)現(xiàn)在可以通過微創(chuàng)技術(shù)完成。手術(shù)風險降低，術(shù)后疼痛和恢復時間也降低。

骨科手術(shù)是最常見的手術(shù)類型之一，尤其是在人口老齡化的發(fā)達國家。僅在美國，每年脊柱融合和膝關(guān)節(jié)或髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)就超過一百萬例。

內(nèi)窺鏡檢查、CT 掃描和紅外導航等成像方法有助于手術(shù)規(guī)劃并提供視覺或空間引導，但光學傳感在骨科手術(shù)中的全部潛力仍有待探索。來自愛爾蘭廷德爾國家研究所 (TNI) 的 Biophotonics@Tyndall 小組的研究人員與來自 Sunnybrook 健康科學、多倫多大學、南醫(yī)院維多利亞大學醫(yī)院和科克大學的合著者合作，提出了將光學傳感整合到骨科手術(shù)器械，發(fā)表在《生物醫(yī)學光學雜志》上。他們描述了光學傳感如何通過光譜學或成像來解決骨科手術(shù)中未滿足的臨床需求。

光學傳感有多種類型，它們的使用取決于所需信息的類型。例如，光學相干斷層掃描(OCT) 可以對組織微觀結(jié)構(gòu)進行成像，而拉曼光譜可以報告組織的分子特征。這樣的技術(shù)可以單獨地或組合地用于幫助在外科器械的工作尖端處引導外科手術(shù)。例如，通過感測骨骼及其周圍組織的固有光學特性，配備光學裝置的手術(shù)鉆可以識別骨骼/組織界面，從而提高手術(shù)準確性。外科醫(yī)生將從光學傳感器提供的視覺提示中受益，例如綠燈指示何時鉆頭處于正確的骨骼區(qū)域，或者當它接近邊界時發(fā)出警告燈——例如，膠原蛋白、血液、髓磷脂或脂質(zhì)。目前，聽覺或感官反饋提供了該信息。

鉆頭中的光學傳感需要什么?常規(guī)髖關(guān)節(jié)手術(shù)涉及一個帶有柔性空心芯的鉆頭，這是光纖的方便位置，但通常用于光學傳感的玻璃纖維并不那么靈活。柔性纖維可以由塑料制成，但它們在這樣的環(huán)境中能持續(xù)多久?這只是為精密手術(shù)器械集成光學傳感所必須解決的眾多挑戰(zhàn)之一。

該團隊設想了多種場景，在這些場景中，光學傳感將提高準確性并改善結(jié)果。回顧光學支持的骨科技術(shù)的最新發(fā)展和手術(shù)器械未滿足的臨床需求，作者為創(chuàng)新提供了務實的指導。亞毫米精度是脊柱手術(shù)所必需的最佳目標。

根據(jù)主要作者 Carl Fisher 的說法，“任何可以近似 CT 引導的光學方法都是有益的，因為它會減少對 CT 和輻射暴露的要求。”識別和結(jié)合骨骼和軟組織以及結(jié)締組織和神經(jīng)血管組織的組織特異性光學特性是重要的基礎(chǔ)工作。

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