​Ученые Томского политехнического университета с участием Саратовского государственного университета вместе с коллегами из Тайваня предложили, как создать лазерное «лезвие» для медицинского скальпеля с заданной кривой формой с помощью фотонного «крючка». Сейчас существуют лазерные скальпели только с осесимметричной формой области фокусировки, то есть лезвие у них цилиндрическое. По мнению ученых, изменение формы лезвия расширит возможности применения лазера в медицине, при этом оно примерно в два раза тоньше цилиндрического варианта. Концепция и ее обоснование опубликованы в журнале Journal of Biophotonics (IF: 3,032; Q1).

Лазерный скальпель — хирургический инструмент, с помощью которого разрезают или удаляют биологические ткани за счет энергии лазерного излучения. Луч резко повышает температуру на ограниченном участке ткани — она может достигать 400 °С. При такой температуре облучаемый участок мгновенно сгорает. При этом лазер сразу «запаивает» мелкие кровеносные сосуды по краям разреза. Лазерный скальпель делает очень тонкие разрезы, уменьшает кровотечение, а само излучение абсолютно стерильно. 

«У обычного хирургического скальпеля есть самые разные формы лезвия под специфические задачи. У лазерных скальпелей такого многообразия нет, точнее, пока есть только одна форма локализации излучения — осесимметричная. Поэтому мы предложили простой способ, как сделать форму наконечника изогнутой с помощью фотонного «крючка» — это новый тип искривленного самоускоряющегося светового луча, по форме напоминающий крючок. Ранее мы теоретически предсказали и подтвердили экспериментально существование такого «крючка»», — говорит руководитель проекта и один из авторов статьи, профессор отделения электронной инженерии ТПУ Игорь Минин.

Обязательный элемент лазерного скальпеля — световод для передачи энергии лазера. На его конце формируется лазерный сфокусированный пучок длиной несколько длин волн. С его помощью хирург производит необходимые манипуляции. Стандартный материал для световода — оптоволокно.

«Чтобы искривить лазерный луч, мы предложили одно из возможных простых решений: на конце оптоволокна разместить амплитудную или фазовую маску. Это тонкая пластинка из металла или диэлектрического материала, вроде стекла. Маска перераспределяет поток энергии внутри волокна и формирует криволинейную область локализации излучения на конце оптоволокна, то есть фотонный "крючок". Моделирование показало, что такое изогнутое лезвие имеет длину до 3 миллиметров, его толщина порядка 500 микрон (100 микрон — толщина человеческого волоса – ред.) при длине волны 1550 нанометров. То есть мы добавляем один маленький элемент, никак не затрагивая общую конструкцию устройства и принцип его работы, и получаем изменения только в области окончания оптоволокна (на наконечнике). Меняется форма и толщина лезвия: оно тоньше осесимметричного варианта примерно в два раза», — поясняет Игорь Минин.

В опубликованной статье исследователи представили теоретическое обоснование концепции, и сейчас они готовятся подтвердить ее экспериментально. Пройдут эксперименты на базе Национального университета Ян-Мин (Тайвань).

Работы выполняются при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований. (№ 20-57-S52001).

Похожие новости

  • 27/11/2020

    В ТГУ будут создавать роботов для медицинской реабилитации пациентов

    ​ТГУ и Сибирский федеральный научно-клинический центр (СибФНКЦ) ФМБА РФ подписали соглашение о формировании консорциума «Совместная лаборатория медицинской робототехники «CyberMed». Его задачей является проведение фундаментальных и прикладных исследований, нацеленных на разработку роботизированных устройств и программного обеспечения для экстремальной и реабилитационной медицины.
    147
  • 27/10/2020

    Новый сенсор в биоаналитике

    ​​Ученые Томского политехнического университета, Университета Глазго (Великобритания) и Университета химии и технологии (Чехия) первыми предложили использовать двухмерный материал — тонкие пленки из теллурида молибдена — в качестве сенсорa в биоаналитике.
    225
  • 03/07/2020

    Мегагранты: чем занимаются лаборатории, открытые в рамках программы

    Программа мегагрантов была запущена в 2010 году. Она подразумевает международное сотрудничество российских вузов и научных организаций с ведущими зарубежными учеными и научно-образовательными центрами в сферах науки, образования и инноваций.
    1516
  • 26/05/2020

    Наука будущего: беспилотник на солнечных батареях, обрывы проволоки и молекулярные ножницы

    Как совмещать открытия в медицине и в космической сфере, чем бактериальная целлюлоза поможет экологии планеты и можно ли излечить от болезни, отредактировав ДНК, — в материале портала "Будущее России.
    880
  • 13/11/2019

    Томские ученые научили компьютерную модель выявлять рак простаты

    ​Ученые лаборатории биофотоники ТГУ совместно с онкологами ТНИМЦ разработали новый подход к диагностике аденокарциномы — злокачественной опухоли предстательной железы. Для выявления онкопатологии и определения стадии заболевания в данном подходе используется искусственный интеллект.
    719
  • 24/11/2020

    Метод радиофизиков повысит выявление рака груди на ранних стадиях

    Ученые радиофизического факультета ТГУ предложили новый подход для обнаружения малоразмерных раковых образований молочной железы при зондировании радиоволнами СВЧ-диапазона. Метод позволит повысить вероятность выявления опухолей на ранней стадии образования без использования ионизирующего рентгеновского излучения.
    217
  • 20/11/2020

    На форуме в Новосибирске обсудили применение искусственного интеллекта и защиту от вирусов

    Темами прошедшего в Новосибирске пятого Международного форума «Городские технологии» — 2020 стали использование инноваций для модернизации городской инфраструктуры и защита городов от вирусных и бактериологических инфекций.
    407
  • 06/12/2018

    Сибирские ученые разработали способ определения риска рецидива туберкулеза легких

    Одна из ключевых задач в области здравоохранения, поставленная ВОЗ, – положить конец эпидемии туберкулеза к 2030 году. Для этого необходимы методы ранней диагностики и эффективной терапии этого заболевания.
    1048
  • 07/11/2019

    Более 30 студентов и аспирантов ТПУ получили стипендии Президента и Правительства РФ

    ​В числе стипендиатов Президента РФ — четыре студента и семь аспирантов Томского политехнического университета. Стипендию Правительства России будут получать 13 студентов и семь аспирантов. В течение учебного года, помимо основной, они ежемесячно будут получать дополнительную стипендию.
    984
  • 15/09/2020

    Физики впервые создали модель для предсказания свойств любых молекул

    Группа ученых-физиков под руководством доцента ФФ ТГУ Рашида Валиева создала новую модель для расчета фотофизических характеристик молекул, которая применима для молекул любой природы, в том числе редкоземельных лантаноидов.
    395