Lovec planet pomáhá při operacích očí

Specialisté v Maastrichtské univerzitní oční klinice totiž zjistili, že jejich mikroskop se chvěje tak, že průměrně jedna z pěti operací zaměřená na záchranu zraku byla nemožná.

Odpovědí na tento problém je revoluční zařízení Hummingbird (Kolibřík). To bylo původně navrženo pro testování zvažované kosmické observatoře Darwin, přičemž umožňuje technikům stabilizovat mikroskop, a tak otevřít jeho plný potenciál pro prevenci ztráty zraku.

Kosmický nástroj zajišťuje přesné oční operace

K tomu, aby si zvětšili oko a mohli provádět superpřesné operace, pozorují ho chirurgové s pomocí silného mikroskopu instalovaného na stropě operačního sálu.

„Když pracujete s přesností kolem jednoho milimetru, třesoucí se mikroskop není problémem,“ vysvětluje oční chirurg a vedoucí Univerzitní oční kliniky v Maastricht University Medical Centre profesor Carroll Webers.

„Pokud ale má pacient odchlípnutou sítnici, musíme ho operovat během jednoho nebo dvou dnů. Jen tak dokážeme zabránit oslepnutí. Sítnice je přitom stěží půl milimetru silná a někdy se musíme dostat až k epiretinální membráně, která je ještě desetkrát tenčí.“

„Přitom provést tuto náročnou operaci s třesoucím se obrazem je zcela vyloučeno.“

Navzdory všem snahám včetně odstranění retardéru ze silnice u oční kliniky, došlo k roztřesení mikroskopu vždy, když projel autobus. A tak specialistům nezbylo upřít svoji naději směrem k vesmíru a oslovili specializovanou holandskou technologickou firmu MECAL, která dokázala identifikovat příčinu problému.

Dostatečně silným impulsem pro roztřesení mikroskopu v novotou zářící nemocnici byly totiž – nárazy větru do její konstrukce.

„Vysoké budovy ze skla a oceli jsou dnes velmi oblíbené,“ vysvětluje

Johan van Seggelen ze společnosti MECAL. „Jsou samozřejmě atraktivnější, než betonové – ale zároveň jsou mnohem citlivější na nízkofrekvenční vibrace.“

Pro lidské oko jsou prakticky nepostřehnutelné, protože tyto vibrace jsou stokrát menší, než je průměr lidského vlasu. Ovšem u dvacetinásobného zvětšení mikroskopu představují nesmírné riziko pro operace.

Chirurg s pevnou rukou potřebuje mikroskop s pevnou rukou. „Proto nás napadlo umístit zařízení Hummingbird mezi strop a mikroskop tak, abychom jej zcela izolovali od zdroje rušení.“

A jak řekli, tak udělali: tím vznikl historicky první tlumič vibrací, který je schopen si poradit s nízkofrekvenčními vibracemi v chirurgických mikroskopech. Stalo se tak též zásluhou průkopnické práce techniků, kteří v ESA připravovali kritické komponenty pro teleskop Darwin.

Hledání života mimo Zemi zachraňuje zrak

Coby pomocník při hledání odpovědi na otázku ohledně planet podobných naší Zemi byla mise Darwin navržena jakou soustava čtyř nebo pěti volně létajících kosmických teleskopů. Ty měly vyhledávat planety zemského typu u hvězd a následně analyzovat jejich atmosféru s cílem najít chemické „podpisy“ života.

Pro tento projekt ESA přitom holandská výzkumná organizace TNO vyvinula „optické zpožďovací zařízení“, které mělo zkombinovat světlo viděné každým samostatným teleskopem do jednoho detailního snímku.

„Jenže jsme narazili na problém,“ vysvětluje Len van der Wal z TNO. „V laboratoři jsme se potýkali s vibracemi způsobenými provozem na rušné silnici v naší blízkosti. Přijali jsme veškerá představitelná opatření, ale navzdory tomu jsme nebyli schopni plně otestovat zpožďovací zařízení. A tak jsme vytvořili zcela nové prostředí, které by tyto nežádoucí vibrace vyrušilo: bezvibrační zkušební stav.“

Mise Darwin se nedostala za studijní fázi, ale tým TNO zajistil, že vyvinutý zkušební stav si začal žít vlastním životem.

TNO je součástí sítě pro transfer technologií ESA TTP (Technology Transfer Programme), v jejímž rámci jsou nabízena kosmická řešení pro nekosmické použití. Díky tomu měla firma přehled i o tom, jak často pokročilé kosmické technologie vyvinuté pro evropské kosmické programy poskytují chytré řešení v nekosmických aplikacích. Díky tomu se dostali až k MECALu.

„Známe dva druhy vibrací,“ vysvětluje Johan Van Seggelen. „Vysokofrekvenční vibrace pocházejí z rychlých pohybů, které vytváří třeba motory. Používáme pružiny nebo pryž, abychom je omezili – to je pasivní izolace.“

„Eliminovat nízkofrekvenční vibrace vycházející z pomalých pohybů jako je doprava, vítr, vlny na pláži nebo lidé pohybující se po budově, je ale mnohem obtížnější.“

„Není možné použít pružiny pro zastavení kmitání budovy ve větru. Co můžete, je vytvořit protipohyb. Nazýváme to aktivní izolací.“

Hummingbird registruje drobné vibrace a malé aktuátory na jejich základě pohybují s mikroskopem v opačném směru. Díky tomu ruší vibrace podobně jako byste si stoupli třeba na útes a vítr by vás tlačil jedním směrem, zatímco někdo by vás stejnou silou tlačil ve směru opačném.

Vypořádání se s nežádoucími vibracemi není ničím novým, ovšem Hummingbird se může pochlubit zcela unikátní vlastností. Jeho tvůrci totiž vymysleli a patentovali si mechanismus „horizontální vazby“, který je schopen udržovat senzor horizontálních vibrací aktivní na všech frekvencích. Eliminuje tak chybu, která u podobných systémů vzniká díky ultranízkým vibracím s periodou každé dvě sekundy. Aktivní systémy bez této inovativní technologie běžně pracují až s vibracemi od pěti cyklů za sekundu.

„Vše se přitom pohybuje v šesti stupních svobody: nahoru/dolů, vpřed/vzad, doleva/doprava, klonění, klopení a bočení,“ vysvětluje Johan. „Díky horizontální vazbě je Hummingbird schopen eliminovat vibrace ve všech šesti směrech.“

To bylo důležité, protože zařízení bylo montováno na strop operačního sálu a musí se pohybovat horizontálně.

„Hummingbird změnil náš profesionální život,“ uvádí profesor Webers. „Naši pacienti se nyní mohou cítit zcela v bezpečí a my konečně můžeme naši překrásnou novou budovu a operační sál využívat naplno.“

Firma TNO je navíc potěšena, že její inovativní práce našla uplatnění. „Při pohledu na něco vytvořeného pro vesmír a nakonec použitého na Zemi, zažíváme úžasný pocit,“ poznamenává Len van der Wal.

„Člověka opravdu bere za srdce, že přenos našeho know-how do nekosmického světa pomáhá lidem zachraňovat zrak.“

Co nyní čeká na tlumič vibrací pro chirurgické mikroskopy? „Může být využitý prakticky při jakýchkoliv přesných činnostech jako je operace mozku, neuronů nebo drobných žilek,“ vysvětluje Johan. „Už jsme zaregistrovali zájem z nemocnic v Rakousku, Kanadě a Velké Británii.“