用于骨科手术的光学传感

膝盖和臀部磨损。背部和颈部变得不稳定。幸运的是，整形外科医生专门从事肌肉骨骼修复。以前需要开放式手术的手术现在可以通过微创技术完成。手术风险降低，术后疼痛和恢复时间也降低。

骨科手术是最常见的手术类型之一，尤其是在人口老龄化的发达国家。仅在美国，每年脊柱融合和膝关节或髋关节置换手术就超过一百万例。

内窥镜检查、CT 扫描和红外导航等成像方法有助于手术规划并提供视觉或空间引导，但光学传感在骨科手术中的全部潜力仍有待探索。来自爱尔兰廷德尔国家研究所 (TNI) 的 Biophotonics@Tyndall 小组的研究人员与来自 Sunnybrook 健康科学、多伦多大学、南医院维多利亚大学医院和科克大学的合著者合作，提出了将光学传感整合到骨科手术器械，发表在《生物医学光学杂志》上。他们描述了光学传感如何通过光谱学或成像来解决骨科手术中未满足的临床需求。

光学传感有多种类型，它们的使用取决于所需信息的类型。例如，光学相干断层扫描(OCT) 可以对组织微观结构进行成像，而拉曼光谱可以报告组织的分子特征。这样的技术可以单独地或组合地用于帮助在外科器械的工作尖端处引导外科手术。例如，通过感测骨骼及其周围组织的固有光学特性，配备光学装置的手术钻可以识别骨骼/组织界面，从而提高手术准确性。外科医生将从光学传感器提供的视觉提示中受益，例如绿灯指示何时钻头处于正确的骨骼区域，或者当它接近边界时发出警告灯——例如，胶原蛋白、血液、髓磷脂或脂质。目前，听觉或感官反馈提供了该信息。

钻头中的光学传感需要什么?常规髋关节手术涉及一个带有柔性空心芯的钻头，这是光纤的方便位置，但通常用于光学传感的玻璃纤维并不那么灵活。柔性纤维可以由塑料制成，但它们在这样的环境中能持续多久?这只是为精密手术器械集成光学传感所必须解决的众多挑战之一。

该团队设想了多种场景，在这些场景中，光学传感将提高准确性并改善结果。回顾光学支持的骨科技术的最新发展和手术器械未满足的临床需求，作者为创新提供了务实的指导。亚毫米精度是脊柱手术所必需的最佳目标。

根据主要作者 Carl Fisher 的说法，“任何可以近似 CT 引导的光学方法都是有益的，因为它会减少对 CT 和辐射暴露的要求。”识别和结合骨骼和软组织以及结缔组织和神经血管组织的组织特异性光学特性是重要的基础工作。

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