Волоконная оптика, эндоскопия и будущее

Оптоволоконная оптика оказывает влияние практически на все мыслимые отрасли промышленности: от связи до автомобилестроения и обороны. Не стоит обходить вниманием и индустрию медицинской волоконной оптики, стоимость которой, по данным NAI, к 2024 году достигнет 1 миллиарда долларов. Растущий интерес к оптическим волокнам и волоконно-оптическим датчикам (FOS) привел к всплеску исследований и разработок новых продуктов.

Благодаря своей устойчивости к ЭМ, искробезопасности, небольшому размеру и весу, совместимости с автоклавами и способности удаленно выполнять многоточечные и многопараметрические измерения, волоконно-оптические датчики идеально подходят для широкого спектра применений – инвазивных и неинвазивных – в науках о жизни, клинических исследованиях, медицинском мониторинге и диагностике, начиная от систем лазерной доставки и заканчивая одноразовыми датчиками газов крови и датчиками внутриаортального давления.

Использование оптоволокна в медицинских устройствах, включая эндоскопы и лапароскопы, значительно улучшило хирургический процесс для пациентов. В этих устройствах используются тонкие и гибкие волокна для передачи изображений и света в реальном времени, что позволяет врачам выполнять операции через небольшие разрезы. В результате пациенты быстрее восстанавливаются и остаются меньше рубцов. Кроме того, расширенные возможности глубокого оптоволокна позволяют проводить телемедицину и дистанционные операции с уменьшенной задержкой и высококачественной потоковой передачей видео в реальном времени.

NAI отмечает, что оптоволокно сыграло свою роль в многочисленных достижениях в области здравоохранения, включая «минимально инвазивную хирургию, более широкое использование одноразовых зондов и катетеров, а также автоматизацию медицинских процедур — все это демонстрирует свое влияние». Хотя в целом использование оптоволокна рассматривается как положительный момент, использование оптоволокна оставило у хирургов уменьшенное чувство тактильной обратной связи, которое возникало бы при выполнении процедур вручную.

В результате исследователи работают над способами усиления тактильной обратной связи, когда хирурги используют эти инструменты. «Сложность имитации человеческого прикосновения… заключается в том, что люди поэтапно испытывают стимулы, которые мы понимаем как прикосновение», — пишет NAI. «Создать возможность роботу, оснащенному медицинской волоконной оптикой, обрабатывать текстуру, силу и положение так, как это делает человеческий мозг, представляет собой сложную вычислительную задачу».

В настоящее время ученые изучают различные методы разработки тактильных датчиков, таких как пьезоэлектричество, конденсаторы и оптика. Эти датчики могут быть использованы в системе тактильной обратной связи, включающей медицинское оптоволокно и датчики для создания полностью функциональной искусственной кожи. Более того, эта технология потенциально может привести к разработке хирургических перчаток, чувствительность которых не ухудшается из-за материала.