我们经常看到，当前医疗实践中被认为是最先进的治疗方法可能会给患者带来未来问题。医疗设备和生物技术治疗可能会解决眼前的健康问题，甚至可能挽救患者的生命，但不可预见的并发症或技术生命周期限制可能会导致未来需要进行医疗治疗或修复。
接受全髋关节置换术 (THR) 的患者就是这种情况，随着时间的推移，可能导致骨溶解。在美国国立卫生研究院全髋关节置换术共识会议上，这种类型的骨质退化被确定为与 THR 相关的最显著的长期不良影响。许多研究表明，假体周围骨溶解的发生率高于所有其他并发症的总和。在瑞典全髋关节置换术登记处，接受髋关节翻修术的患者中骨溶解占 75% 以上。
骨溶解的当前治疗方法
骨质退化是髋臼的一个严重问题，因为它会导致植入杯松动，使髋关节不稳定。由于接受治疗的人群中许多人都是老年人，因此行走变得困难，跌倒的情况尤其严重。在许多情况下，需要进行修复手术。
骨溶解通常是由于髋关节植入物的聚乙烯衬里磨损而释放出导致骨质流失的颗粒而发生的。在创伤较小的骨溶解治疗中，外科医生通常使用刚性工具来清除由此产生的病变，然而，使用这些不灵活的器械，复杂的病变形状占病例的 50% 左右，并且无法完全治愈。
约翰霍普金斯工程研发
约翰霍普金斯大学机械工程系计算传感与机器人实验室的研究人员正在寻求用一种结合先进形状传感器和机器人的手术来取代髋关节修复手术。主要目标是扩大可以到达的髋臼区域，以便去除病变，从而实现创伤性较小的修复解决方案，并增加可治疗的病例数量。
该机器人是一个 35 毫米长的管状结构，内径为 6 毫米。它的灵活性使其可以向右或向左弯曲，甚至可以弯曲成 S 形。内部有一个 4 毫米的管腔，用于通过清创过程中的工具，以及吸走去除的材料。使用柔性工具会带来机器人控制的复杂性。正在从事下一阶段开发的博士候选人 Shahriar Sefati 解释说：“当你想做大曲率时，事情就会变得棘手。柔性机器人的弯曲度为 137 度，这已经够多了，所以现在最重要的部分是需要控制机器人。”
Shahriar 和 LCSR 团队意识到需要专门的传感器来确定机器人的位置以及在修复手术期间实时配置形状的方式。蛇形管上的两个通道被指定用于微型光纤形状传感器，这需要高精度制造。由于精度是关键，Shahriar 求助于 Potomac 在镍钛合金丝上创建结构所需的 150 微米直径的凹口。
激光微加工镍钛合金中的微小结构
由于 Potomac 多年来一直为许多医疗设备客户提供镍钛合金等形状记忆合金，因此我们清楚地了解这项工作所需的激光与材料相互作用。正如 Shahriar 所提到的，精度很重要，原因有几个。直径为 150 微米的凹槽需要在整个 35 毫米长度的结构上保持公差。此外，他补充道：“这些小部件的精度很重要，因为整个组件必须很好地结合在一起。”
Potomac 的激光器可以产生小至 1 微米的光斑尺寸，因此 150 微米直径的尺寸很容易生产。然而，我们在制造高精度和严格控制公差的零件方面的专业知识是大量夹具、工具、激光束控制和其他先进的制造技能的结果。激光微加工结合了许多工艺来制造小型设备，例如本文描述的机器人形状传感器所需的设备。
虽然我们乐于为从生物技术到医疗设备、从显示器到消费产品等各行各业的客户制造零件和设备，但与计算传感和机器人实验室等团体合作改善人类医疗保健让我们感到特别满足。
