Laser chirurgiczny o innowacyjnym profilu wiązki tnie kość głębiej niż dotychczas

Naukowcy z Uniwersytetu w Bazylei zaprezentowali nowatorskie podejście do laserowego cięcia tkanki kostnej, osiągając rekordową głębokość cięcia. Dla producentów aparatury medycznej, dostawców zaawansowanych komponentów optycznych oraz inżynierów projektujących zautomatyzowane narzędzia chirurgiczne, to istotny sygnał do optymalizacji i redefinicji dotychczasowych projektów urządzeń dla ortopedii.​

Nowa geometria wiązki – wyzwanie dla inżynierów i dostawców optyki

Dotychczasowe systemy laserowe stosowane do obróbki twardych tkanek napotykały ograniczenia fizyczne, wynikające z powolnego tempa pracy oraz zbyt płytkiej penetracji. Zespół z Wydziału Inżynierii Biomedycznej Uniwersytetu w Bazylei, pod kierownictwem dr Ferdy Canbaza, rozwiązał ten problem poprzez modyfikację rozkładu energii w plamce lasera. Zamiast tradycyjnego profilu Gaussa, w którym intensywność przypomina snop światła latarki (skupiona w centrum i zanikająca na krawędziach), naukowcy wdrożyli profil typu „top-hat” (cylindryczny).​

Wymaga to od podwykonawców z branży optycznej dostarczenia nowych soczewek i układów formujących wiązkę, które zapewnią równomierne rozłożenie energii na całej powierzchni cięcia, z jej gwałtownym spadkiem na brzegach. Rozwiązanie to, opisane na łamach czasopisma „Scientific Reports”, pozwala znacznie zoptymalizować proces ablacji materiału kostnego.

Zwiększona wydajność a integracja systemów chłodzenia i przyszłość chirurgii

Podczas testów przeprowadzonych na kościach bydlęcych, nowy profil wiązki pozwolił na osiągnięcie głębokości cięcia na poziomie 4,4 cm, w porównaniu do 2,6 cm przy użyciu standardowego profilu Gaussa. Wynika to z faktu, że przy tradycyjnym profilu ściany szczeliny niepotrzebnie absorbują część energii, co po osiągnięciu pewnej głębokości drastycznie obniża skuteczność narzędzia.​

Na etapie projektowania urządzeń (R&D) konstruktorzy muszą jednak uwzględnić konieczność zintegrowania precyzyjnych systemów chłodzenia. W szwajcarskich badaniach kość była chłodzona sprężonym powietrzem oraz wodą, co skutecznie zapobiegało uszkodzeniom termicznym i utrzymywało czystość strefy operacyjnej. Dla producentów oznacza to konieczność projektowania hybrydowych głowic laserowych, które w czasie rzeczywistym łączą podaż chłodziwa z emisją światła, co jest kluczowe dla zachowania zgodności z rygorystycznymi regulacjami i normami bezpieczeństwa wyrobów medycznych.

Nowy rekord głębokości cięcia – 4,4–4,5 cm – ma znaczenie nie tylko od strony technologicznej, ale również klinicznej. Potencjalne korzyści to:​

• większa dokładność cięć w obszarze implantów stawowych,​
• mniejsze mechaniczne uszkodzenia tkanki,​
• możliwość wykonywania nacięć o niestandardowej geometrii,​
• integracja z rozwiązaniami robotycznymi oraz planowaniem 3D.​

W realiach medycyny personalizowanej i implantów przygotowywanych pod konkretnego pacjenta, technologia laserowa może w przyszłości stać się istotnym elementem chirurgii wspieranej cyfrowo.

​Dlaczego stosowanie lasera w chirurgii kostnej stanowi wyzwanie?

W chirurgii kostnej nadal najczęściej wykorzystuje się piły, dłuta oraz wiertła. Narzędzia mechaniczne działają szybko i efektywnie, ale przez to, że naciskają na tkankę, mogą powodować mikropęknięcia i dodatkowe uszkodzenia. Laser pracuje bezkontaktowo, więc nie wytwarza sił mechanicznych. To może oznaczać mniejsze ryzyko mikrouszkodzeń oraz możliwość wykonywania bardziej złożonych i bardzo precyzyjnych cięć – szczególnie ważnych przy implantach stawowych, także tych projektowanych indywidualnie i wytwarzanych w druku 3D.​

Przeszkodą pozostawała jednak niewystarczająca głębokość działania. Dotychczasowe rozwiązania pozwalały przeciąć kość tylko na 2–3 cm – to za mało dla wielu zabiegów ortopedycznych.

Przestrzeń do dalszego rozwoju technologii dla branży MedTech

Mimo znacznego postępu w głębokości penetracji, prędkość cięcia tkanki pozostaje głównym wąskim gardłem, wymagającym zaangażowania działów badawczo-rozwojowych. Skalpel laserowy z nowym profilem usuwa obecnie około 0,4 milimetra sześciennego materiału na sekundę, podczas gdy konwencjonalna mechaniczna piła chirurgiczna osiąga wydajność rzędu 11 mm³ na sekundę (wynik ponad 20-krotnie wyższy).​

Dla firm technologicznych z branży MedTech rozwój tej technologii otwiera niszę rynkową. Wyzwaniem jest zoptymalizowanie procesu cięcia i zwiększenie jego szybkości bez utraty wypracowanej precyzji. Skuteczna digitalizacja i skalowanie tej technologii może w najbliższych latach przyspieszyć komercjalizację laserowej osteotomii (zabiegów chirurgicznych polegających na kontrolowanym przecięciu kości) i stworzyć nowe standardy rynkowe w branży implantologicznej i ortopedycznej.

Opracowanie własne na podstawie:

informacji Uniwersytetu w Bazylei, doniesień z czasopisma Scientific Reports oraz portali Alert Medyczny i Optics.org.

Źródło pierwotne: https://www.unibas.ch/en/News-Events/News/Uni-Research/record-laser-bone-surgery-miracle-project-werner-siemens-foundation-innosuisse.html
Data publikacji źródła pierwotnego: 26.02.2026
Linki bezpośrednie: https://www.unibas.ch/en/News-Events/News/Uni-Research/record-laser-bone-surgery-miracle-project-werner-siemens-foundation-innosuisse.html, https://optics.org/news/17/3/1, https://alertmedyczny.pl/laser-chirurgiczny-przecina-kosc-glebiej-niz-kiedykolwiek-nowy-rekord-naukowcow-z-bazylei/