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2026-02-26 14:23:00
のこぎり、ノミ、ドリルは、骨手術において実証済みのツールです。将来的には、特に非常に正確な切断の場合、このツールボックスにレーザーが追加される可能性があります。レーザーは機械的な圧力を加えないため、微小亀裂のリスクを軽減し、より特殊な切断が可能になります。これにより、たとえばカスタムメイドの 3D プリント インプラントなどの関節インプラントの挿入が容易になります。
バーゼル大学生物医工学部のフェルダ・カンバズ博士率いる研究者らは、画期的な発見をこの雑誌で報告した。 科学レポート：彼らは、レーザービームの異なるプロファイル、つまりビーム内のエネルギーの異なる分布を使用することで、4.5センチメートルの深さまでの切断を達成しました。これにより、骨材料をより効率的かつ迅速に除去できるようになりました。
より均一なエネルギー分布
レーザービームのエネルギーを増やすことは良い解決策ではありません。これにより骨が焦げ、治癒過程に悪影響を及ぼす可能性があります。それが、レーザーの形状、あるいはそのプロファイルを変更した理由です。」
Ferda Canbaz 博士、バーゼル大学生体医工学部
通常のプロファイルでは、ビームは中心で最も強く、端に向かうにつれて弱くなります。これは懐中電灯の光に似ており、中心が最も明るく外側に向かって放射されます。強度は、中央に丸い先端を持つガウス曲線に似ています。新しいプロファイルでは先端がキャップされており、レーザー ビームのエネルギーが端で急激に落ちる前に表面全体に均一に分散されるため、「トップ ハット」と呼ばれています。 「エネルギーがより均一に伝達されるため、レーザーはより効率的かつ高速に切断します」と博士課程の学生で筆頭著者のミンギー・リウ氏は言う。
研究チームは、牛の骨で 2 つのレーザー プロファイルをテストしました。熱による損傷を防ぎ、切断面をきれいに保つために、骨を洗浄し、圧縮空気と水で冷却しました。試験の結果、通常のガウス分布を備えたレーザーは深さ約 2.6 センチメートルしか切断できなかったのに対し、新しいシルクハット プロファイルを備えたレーザーは 4.4 センチメートルに達したことがわかりました。
より深くまで効率化
「切断効率の重要な要素は、従来のレーザープロファイルでは、切断の壁がエネルギーの一部を吸収するという事実です。ある深さでは、切断の底部のエネルギーはそれ以上深く切断するのに十分ではありません。」
トップハットプロファイルは、ビーム内のエネルギーが異なる方法で分散され、切断壁で消費されないため、この問題を克服します。」
切込み深さの大幅な進歩
研究者らは現在、レーザーの切断深さと速度をさらに最適化することに取り組んでいます。レーザーブレードは依然として金属ブレードよりもかなり遅いです。1 秒で約 0.4 立方ミリメートルを除去できるのに対し、機械式のこぎりは 20 倍以上の 11 立方ミリメートルを除去できます。これは、レーザーがまだ遅すぎるものの、初めて必要な深さに到達したことを意味します。
「次のステップの一環として、体内のより複雑な状況にシステムをどのように適応させるかを調査する必要もあります。そこでは、周囲の組織を保護することも重要です」とCanbaz氏は説明します。
研究チームの研究は、骨手術のための革新的な技術を開発する「ミラクル」プロジェクトの一部であり、ヴェルナー・シーメンス財団から資金提供を受けている。この開発は、医療技術会社Smith&Nephewとのコラボレーションであるイノスイス「レーザーブレード」プロジェクトの第一段階に関与している。
ソース：
参考雑誌:
#画期的なレーザー技術によりより深くより効率的な骨の手術が可能になります