Инструмент для одного из самых опасных моментов в хирургии

Хирургам требуется каждый день делать проколы ткани перед операциями, что не обходится без риска повреждений органов. В этом захватывающем выступлении инженер Николай Бегг рассказывает, как можно, используя физику, изменить важный медицинский инструмент, называемый троакаром, чтобы исправить один из самых опасных моментов во многих распространённых хирургических операциях.

Первый раз, когда я стоял в операционной

и наблюдал за настоящей операцией,

я не представлял даже, чего ожидать.

Я был студентом инженерного факультета,

и я думал, это будет как по телевизору.

Зловещая музыка, играющая на фоне,

град пота, стекающий по лицу хирурга.

Но это выглядело совсем не так.

В тот день играла музыка.

Это были, кажется, лучшие хиты Мадонны.
(Смех)

И было много разговоров,

не только о сердечном ритме пациента,

но ещё и о спорте,
и о планах на выходные.

И чем больше я наблюдал за операциями,

тем больше я понимал, что это нормально.

В каком-то смысле, это
просто ещё один рабочий день.

Но так же часто

музыку выключают,

все замолкают

и пристально смотрят на одно и то же.

В этом момент вы понимаете,
что происходит

что-то очень важное и опасное.

Тот первый раз

я наблюдал за операцией,

которая называется лапароскопия.

И для тех,
кто не знаком с лапароскопией.

Вместо большого открытого разреза,

который вам более известен в хирургии,

при лапароскопии хирург делает

три или больше небольших отверстия.

И потом вставляет
длинные тонкие инструменты и камеру,

и проводит операцию,

на самом деле, внутри пациента.

Это замечательно, потому что так
меньше риск инфекции,

меньше боли,
короче период восстановления.

Но это сделка с последствиями,

так как эти отверстия делаются

длинным заострённым инструментом

под названием троакар.

И вот как хирург использует его.

Он берет этот инструмент

и давит им на брюшную полость,

пока не проколет кожу.

Причина, из-за которой
все в операционной

в тот день напряжённо смотрели на него,

была в том, что при этом
нужно быть максимально осторожным,

не проткнуть кожу слишком сильно,

не задеть внутренние органы
и кровеносные сосуды.

Но эта проблема очень знакома всем вам.

Я уверен, что вы сталкивались с ней
в обычной жизни.

(Смех)

Узнаёте?

(Аплодисменты)

Вы знаете, что в любую секунду

соломинка должна провалиться насквозь,

и вы не знаете,
выйдет ли она с другой стороны

и воткнётся в вашу руку,

или вы зальёте все вокруг соком,

но вы напуганы.
(Смех)

Каждый раз, когда вы это переживали,

вы наблюдали тот же физический процесс,

который я видел
в операционной в тот день.

Выходит так,
что это действительно проблема.

В 2003, FDA признали, что

троакарные разрезы —
возможно, самый опасный этап

в минимально инвазивной хирургии.

Уже в 2009 были опубликованы
документы, подтверждающие,

что троакар вызывает более половины

всех главных осложнений в лапароскопии.

И, кстати,

ситуация не менялась 25 лет.

Так что, когда я выпускался,

это было тем, над чем я хотел работать.

Я попытался объяснить моему другу,

на что именно я трачу своё время,

и я сказал:

«Это похоже на то,
как ты сверлишь стену,

чтобы повесить что-нибудь
в своей квартире.

Тот момент, когда дрель только-только
просверливает стену насквозь

и сверло проваливается в неё. Понятно?»

И он посмотрел на меня и сказал:

«То есть, ты хочешь сказать,
что они сверлят человеку мозг?»

И я сказал: «Прости?»
(Смех)

Потом я проверил факты и,
да, они сверлят человеку мозг.

Множество нейрохирургических операций

начинаются с просверливания
отверстия в черепе.

Если хирург не был достаточно осторожен,

сверло может «провалиться» прямо в мозг.

В этот момент я начал размышлять,

ладно, трепанация, лапароскопия,

почему не другие сферы медицины?

Ведь, если подумать, когда
в последний раз на приёме у врача

с вами ничего не произошло?
(Смех)

Правда в том,

что в медицине пункции — везде.

И есть пара процедур, которые

включают этап пункции.

И если мы рассмотрим только три из них:

лапароскопию, эпидуральную анестезию
и трепанацию черепа, —

все эти операции вызывают
более 30 000 осложнений

каждый год только в этой стране.

Я называю это проблему стоящей решения.

Так что давайте посмотрим
на несколько инструментов,

которые используются при этих операциях.

Я упомянул эпидуральную анестезию.
Это эпидуральная игла.

Она используется для укола
через связки позвоночника

и доставки анестезии
во время рождения ребёнка.

Это набор инструментов
для биопсии костного мозга.

Они используются для того,
чтобы просверлить кость

и собрать костный мозг
или образцы фрагментов костей.

А это штык времён Гражданской войны.

(Смех)

Если бы я сказал вам, что это
медицинский инструмент для пункции

вы, скорее всего, поверили бы мне.

Ведь в чем разница?

Чем больше я исследовал ситуацию,

тем больше я думал, что
должен быть лучший способ.

И для меня ключ к решению этой проблемы

заключается в том, что в устройстве

всех этих инструментов для пункции

лежат одни и те же физические принципы.

Так в чем же заключаются эти принципы?

Давайте вернёмся к дрели и стене.

Вы прикладываете силу
к дрели против стены.

По Ньютону, при этом взаимодействии
возникает сила,

равная по величине
и противоположная по направлению.

Поэтому, пока вы сверлите стену,

эти силы уравновешивают друг друга.

Но потом наступает момент,

когда дрель проходит стену насквозь,

и прямо в этот момент
противодействующая сила исчезает.

Но ваш мозг не успевает
среагировать на это изменение.

За эту миллисекунду,

или сколько времени это занимает,
вы всё ещё давите на дрель,

эта несбалансированная сила
вызывает движение,

и сверло проваливается сквозь стену.

Но что если прямо в момент прокола

вы могли бы вытащить сверло обратно

с прямо противоположной ускорению силой?

Это то именно то, что я хотел сделать.

Представьте себе инструмент

с чем-то вроде острого наконечника
для разрезания тканей.

Какой простейший способ
вытащить наконечник обратно?

Я решил использовать пружину.

Когда пружина разжимается,
наконечник выходит наружу

и он готов для прокола ткани,

при этом пружина тянет наконечник назад.

Как же нам удержать наконечник на месте,

до момента, собственно, разреза?

Я использовал этот механизм.

Когда наконечник инструмента подвергается
противодействию со стороны ткани,

механизм расширяется
и заклинивается стенками.

И трение, которое создаётся,

задерживает его на месте и предотвращает
втягивание пружиной наконечника.

Но прямо в момент прокола,

ткань уже не противодействует
наконечнику.

Так что механизм разблокируется
и пружина втягивает наконечник.

Давайте я покажу вам, что происходит
в замедленном движении.

Это около 2 000 кадров в секунду,

и мне бы хотелось, чтобы вы
заметили наконечник,

который прямо внизу, там,
где небольшое отверстие в ткани.

И вы видите, что прямо в момент прокола,

механизм разблокируется
и втягивает наконечник.

Я хочу ещё раз показать это вам,
чуть поближе.

Вы видите остро заточенный наконечник

прямо когда он прокалывает
эту резиновую мембрану.

Он исчезает в этом
белом затупленном футляре.

Вот прямо сейчас.

Это происходит за 4 сотых секунды
после прокола.

И потому как этот инструмент устроен
с учётом физических принципов пункции

и неспецифичен именно для трепанации

или лапароскопии,
или любой другой операции,

он применим для совершенно
различных операций

и для совершенно разных
по длине разрезов.

Но этот инструмент
не всегда выглядел так.

Это был мой первый прототип.

Да, это палочки от эскимо
(Смех)

и это резиновая лента сверху.

Сделать его заняло у меня
около 30 минут, но он работал.

С его помощью я убедился,
что идея работает,

и решился потратить следующие пару лет
для работы над этим проектом.

Я работал над ним, потому что

эта проблема по-настоящему увлекла меня.

Это не давало мне спать.

Но я думаю, это должно увлечь и вас,

потому что, как я сказал,
пункции в медицине почти везде.

Это значит, что в какой-то мере,
это и ваша проблема.

В тот первый день в операционной

я не мог представить себя
на операционном столе под троакаром.

Но в прошлом году, у меня был аппендицит,
когда я был в Греции.

В больнице в Афинах

хирург сказал мне, что он собирается

провести лапароскопию.

Он собирался удалить мой аппендикс
через эти небольшие разрезы,

и рассказывал,
что ожидать при восстановлении,

и что ещё может произойти.

Он спросил: «У вас есть вопросы?»
И я ему отвечаю: «Только один, док».

«Какой именно троакар
вы будете использовать?»

Моя любимая цитата о лапароскопии

принадлежит
доктору Гансу Христиану Якобеусу

«Прокол сам по себе вызывает риск».

Это моя любимая цитата,
потому что Г.Х. Якобеус

был первым человеком, который
провёл лапароскопию на человеке,

и то, что он написал это в 1912.

Это проблема, которая приводила
к травмам и смертям целых 100 лет.

Очень просто думать, что
на каждую значимую проблему

есть команда экспертов, которые
круглосуточно работают, пытаясь её решить.

Правда в том, что это не всегда так.

Мы должны лучше искать эти проблемы

и искать пути их решения.

Так что, если вы видите проблему,
которая захватывает вас,

позвольте ей не дать вам заснуть.

Позвольте себе увлечься ею,

потому что так много жизней
можно спасти.

(Аплодисменты)