Ett verktyg för att åtgärda ett av de farligaste momenten vid operationer

Kirurger måste dagligen sticka hål på människors hud före ingrepp - med risken att skada det som finns på andra sidan. Se maskiningenjören Nikolai Beggs fascinerande föreläsning om hur han utnyttjade fysiken och dess lagar för att förbättra det viktiga medicinska instrumentet trokar och åtgärda ett av de farligaste momenten i många vanliga operationer.

Första gången jag stod i en operationssal

och såg en operation på riktigt,

visste jag inte
vad jag skulle förvänta mig.

Jag studerade till ingenjör.

Jag trodde att det skulle vara som på tv.

Dramatisk musik i bakgrunden.

Svett som droppar från kirurgens ansikte.

Men jag hade helt fel.

Det spelades musik den här dagen.

Jag tror det var Madonnas greatest hits.

(Skratt)

Och det pratades mycket,

inte bara om patientens hjärtfrekvens,

utan även om sport och planer för helgen.

I takt med att jag såg fler operationer

insåg jag att detta är verkligheten.

På något märkligt sätt
är det bara en vanlig dag på jobbet.

Men ibland

stängs musiken av

samtidigt som alla tystnar

och stirrar på exakt samma sak.

Det är då du vet att ett riskfyllt
och farligt ingrepp utförs.

Första gången jag såg detta
var under en så kallad titthålsoperation.

Om detta är obekant för er
innebär titthålsoperationer att kirurgen,

i stället för ett vanligt
stort operationssnitt,

gör tre eller fler
mindre hål i patienten.

Han för därefter in
detta långa och smala instrument

och en kamera,

och utför ingreppet inuti patienten.

Detta är bra, eftersom
infektionsrisken är mindre,

ingreppet gör mindre ont
och återhämtningstiden är kortare.

Men det finns en avigsida.

Dessa hål görs nämligen

med ett långt och spetsigt instrument

kallat trokar.

Det kirurgen gör med detta instrument

är att han trycker in det i buken

tills det gör ett hål.

Anledningen till att alla
i operationssalen

stirrade på instrumentet den dagen

var för att kirurgen var tvungen
att vara otroligt försiktig

för att inte gå för långt

och sticka hål på organen
och blodkärlen under.

Men ni känner nog till problemet,

för jag är ganska säker på
att ni stött på det förut.

(Skratt)

Minns ni den här?

(Applåder)

Man visste att vilken sekund som helst

kunde sugröret gå rakt igenom,

och det var osäkert om
det skulle gå rakt in i handen

eller om juicen skulle spruta överallt,

men man var på helspänn, eller hur?

Varje gång ni gjorde detta,

upplevde ni samma
grundläggande fysiska fenomen

som jag såg i operationssalen den dagen.

Och det är ett stort problem.

2003 gick FDA ut och sa

att införandet av trokar kan
vara det farligaste momentet

vid minimalinvasiv kirurgi.

2009 skrev dessutom en tidning

att trokarer står för över hälften

av alla allvarliga komplikationer
vid titthålsoperationer.

Denna siffra har förresten
inte ändrats under de senaste 25 åren.

När jag fortsatte mina studier

ville jag därför arbeta med detta.

Jag försökte förklara för en vän

vad jag ägnade min tid åt,

och jag sa:

"Det är som när du borrar genom en vägg

för att hänga upp något i din lägenhet.

Du vet det där ögonblicket
när borren går igenom väggen

och gör en djupdykning?"

Han tittade på mig och sa:

"Som när de borrar i någons skalle?"

Jag svarade: "Ursäkta?" (Skratt)

Jag kollade upp det och de borrar faktiskt
i människors kranier.

Många neurokirurgiska ingrepp

inleds faktiskt med
att ett hål borras genom kraniet.

Och om kirurgen inte är försiktig

kan han borra rakt in i själva hjärnan.

Detta fick mig att fundera.

Vi har kraniotomi, titthålsoperationer,

varför inte andra medicinområden?

För när var ni hos doktorn senast

utan att bli stuckna?

Så sanningen är den

att punktering används
överallt inom sjukvården.

Här är bara några av alla
de ingrepp som jag hittade

och som inbegriper
någon form av vävnadspunktering.

Låt oss fokusera på tre av dem -

titthålsoperationer,
epiduralbedövning och kraniotomi.

Dessa ingrepp står för
över 30 000 komplikationer

årligen endast i USA.

Det är ett problem värt att lösa
om ni frågar mig.

Så låt oss titta på några av de instrument

som används vid dessa ingrepp.

Jag nämnde epiduralbedövning.

Det här är en epiduralnål.

Den sticks in i ryggradens ligament

för att ge bedövning vid förlossning.

Här är en uppsättning instrument
för benmärgsbiopsi.

Dessa används för att borra i skelettet

för att hämta benmärg
eller ta prover från lesioner.

Här är en bajonett från inbördeskriget.

(Skratt)

Om jag hade sagt att det var
ett punkteringsinstrument

hade ni antagligen trott mig.

För vad är skillnaden?

Ju mer jag forskade i detta,

desto mer insåg jag
att det måste finnas ett bättre sätt.

För mig var det centrala med detta problem

att alla dessa instrument

byggde på samma grundläggande fysik.

Så vad är denna fysik?

Låt oss återgå till borren.

Du utsätter borren för en kraft
som du riktar mot själva väggen.

Enligt Newton kommer väggen
att utsätta borren för en lika stor kraft

men åt motsatt håll.

Så när du borrar genom väggen

balanseras dessa krafter.

Men sedan kommer det ögonblick

då borren går igenom väggen,

och just då kan väggen
inte längre trycka tillbaka.

Men din hjärna har inte
registrerat denna ändrade kraft.

Så under en millisekund,

eller vad din reaktionstid är,
trycker du fortfarande

och denna obalanserade kraft
orsakar en acceleration,

och detta är djupdykningen.

Men tänk om du
i själva punkteringsögonblicket

kunde dra tillbaka spetsen

- motverka accelerationen framåt?

Det är vad jag bestämde mig för att göra.

Föreställ er ett instrument

med en vass spets
att skära igenom vävnad med.

Hur drar man lättast tillbaka denna spets?

Jag valde en fjäder.

När fjädern spänns förs spetsen ut
så att den kan punktera vävnaden,

men fjädern vill dra den tillbaka.

Så hur kan spetsen hållas på plats

till själva punkteringsögonblicket?

Jag använde den här mekanismen.

När spetsen trycks mot vävnaden

böjs mekanismen utåt
och kilas fast mot väggen.

Den friktion som uppstår

låser och förhindrar den
att dra tillbaka spetsen.

Men i punkteringsögonblicket kan vävnaden
inte längre trycka tillbaka spetsen,

så mekanismen låses upp
och fjädrar tillbaka spetsen.

Låt mig visa detta i slowmotion.

Det här är ca 2 000 bilder/sekund.

Titta på spetsen längst ner
på väg att punktera vävnaden.

Som ni ser, precis i
själva punkteringsögonblicket

låses mekanismen upp
och fjädrar tillbaka spetsen.

Jag vill visa det igen, lite närmre.

Ni kommer att se den vassa spetsen,

och när den punkterar gummimembranet

kommer den att försvinna in
i denna vita hylsa.

Precis där.

Detta sker på fyra hundradels sekund
efter punkteringen.

Eftersom instrumentet
försöker förbättra fysiken

bakom all form av punktering

inte specifikt kraniotomi

eller titthålsoperationer
eller andra ingrepp

kan den användas för
alla dessa medicinska ingrepp

och för olika längdskalor.

Men det har inte alltid sett ut så här.

Det här var min första prototyp.

Ja, det ni ser är glasspinnar,

och ett vanligt gummiband längst upp.

Det tog ca 30 minuter
att tillverka den, men den fungerade.

Den bevisade att min idé fungerade,

och det rättfärdigade
de kommande årens arbete med projektet.

Jag försökte hitta en lösning,

eftersom problemet fascinerade mig.

Det höll mig vaken på nätterna.

Men det borde även fascinera er,

för, som sagt, punktering sker överallt.

Så i något skede kommer det
även att bli ert problem.

Min första dag i operationssalen

trodde jag inte att jag själv
skulle behandlas med en trokar.

Men förra året drabbades jag
av blindtarmsinflammation i Grekland.

Jag fördes till ett sjukhus i Aten

där kirurgen berättade

att han skulle göra en titthålsoperation

och ta bort min blindtarm
med hjälp av dessa små hål.

Han berättade om återhämtningstiden

och vad som skulle ske.

Han sa: "Undrar du något?"
Jag sa: "Bara en sak -

vilken typ av trokar använder du?"

Mitt favoritcitat om titthålsoperationer

kommer från Dr H.C. Jacobaeus:

"Det är punkteringen i sig
som utgör själva risken."

Det är mitt favoritcitat,
eftersom H.C. Jacobaeus

var den första att utföra
titthålskirurgi på människor,

och han skrev detta 1912.

Det här är ett problem som har skadat
och också dödat människor i över 100 år.

Det är lätt att tro att det
för varje problem i världen

finns en grupp experter som arbetar
dygnet runt för att lösa det.

Detta är dock inte alltid fallet.

Vi måste bli bättre på
att hitta dessa problem

och på att lösa dem.

Så om ni stöter på ett problem
som fascinerar er,

låt det hålla er vakna på nätterna,

tillåt er själva att fascineras,

för det finns mängder av liv att rädda.

(Applåder)