Обычно хирурги определяют правильное натяжение нитей при зашивании ран на глаз и на ощупь. Этот навык требует многолетнего опыта, но даже опытные врачи иногда ошибаются. Слишком тугие или слишком слабые швы могут привести к осложнениям. Новая технология решает эту проблему за счет точного контроля геометрии и трения в узле.
«Программируемые» узелки страхуют хирурга от повреждения тканей
Ученые из Чжэцзянского университета в Ханчжоу разработали узлы для хирургических нитей, которые автоматически распускаются при оптимальном натяжении. Это позволяет хирургу накладывать швы с натяжением достаточным для заживления раны, но не повреждающим ткани.
Хирурги могут использовать заранее завязанные скользящие узлы для точного контроля натяжения швов. Addictive Stock Creatives/Alamy
Механика скользящего узла достаточно сложна. Когда узел развязывается, нить одновременно изгибается, скручивается, скользит и трется сама о себя, а геометрия узла очень быстро меняется. Именно эта сложность долгое время не позволяла создать предсказуемо работающие самораспускающиеся узлы для медицины. Команде пришлось провести серию экспериментов с разными типами нитей и конфигурациями узлов, чтобы вывести математические уравнения, описывающие процесс. Эти уравнения теперь позволяют заранее рассчитать, при каком усилии распустится конкретный узел на конкретной нити.
Простой скользящий узел развязывается, если за нить потянуть достаточно сильно.
Сложный простой узелок
Команда математиков, механиков и клиницистов изучила, как различные свойства нити и узла влияют на силу, требуемую для распускания узла. Используя съемку процесса, исследователи построили уравнения, связывающие такие параметры, как плотность затягивания и шероховатость поверхности нити, с необходимым усилием. В моделируемых операциях техника позволила начинающим хирургам накладывать швы на уровне опытных коллег.
а) Схема серии скользящих узлов на нити, которые передают спектры силовых сигналов для измерения операций роботизированной руки. б) Процесс записи и считывания механической информации в скользящем узле. Механическая информация записывается в скользящий узел путем завязывания его с определенным силовым входом. Механическая модель обрабатывает этот силовой вход, учитывая такие характеристики, как физические факторы и топология. Затем механическая информация выводится в виде пиковой силы Fpeak во время процесса развязывания узла путем натяжения скользящего узла. c–e. Стратегия механической передачи с измерением скользящего узла была проверена в сценариях, включающих микрооперации (c), совместные манипуляции (d) и спасательные операции с тяжелыми грузами (e). Масштабные линейки: 1 мм (c), 2 см (d) или 10 см (e).
При операциях на толстой кишке крыс самораспускающиеся узлы обеспечили более быстрое восстановление кровотока, меньшее число протечек и сокращение рубцовой ткани по сравнению с обычными швами.
Технология особенно полезна для роботизированных операций, при которых врачи не чувствуют непосредственно свои действия. В будущем хирурги смогут использовать нити с предварительно завязанными калиброванными узлами и устройства для их создания.