Kaffeesatz hat eine Vielzahl von Verwendungsmöglichkeiten, neben der Beseitigung von Gerüchen aus dem Kühlschrank und der Düngung Ihres Gartens. Die Nasen- und Rachenchirurgie ist keine offensichtliche Ergänzung dieser Liste, aber eine neue Erfindung von Ingenieuren der Vanderbilt University verwendet zerstoßene Kaffeebohnen, um die Bildgebungstechnologie für die Kopfchirurgie genauer zu machen.
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"Wir haben es ursprünglich den Kaffeehelm genannt", sagt Richard Hendrick, ein Doktorand im Medical Engineering and Discovery Lab der Universität, über die "Granular Jamming Cap" seines Teams. Die mit Kaffee gefüllte Kappe wurde entwickelt, um ein Problem der technologischen Präzision zu lösen.
In den letzten zehn Jahren hat die bildgesteuerte Chirurgie die Nasen- und Rachenoperationen revolutioniert und es Ärzten ermöglicht, ihre Instrumente in Echtzeit im Körper eines Patienten zu verfolgen, um unnötiges Schneiden zu vermeiden, insbesondere bei empfindlichen endoskopischen Operationen, bei denen Werkzeuge durch die Nase oder sehr stark eingeführt werden kleine Einschnitte. Heute wird die Technologie jährlich bei fast einer Million neurochirurgischen Eingriffen eingesetzt. Um arbeiten zu können, müssen Chirurgen jedoch in der Lage sein, den Bereich, an dem sie operiert werden, vor der Operation genau abzubilden. Sie scannen den Kopf ihres Patienten mittels CT oder MRT, um ein 3-D-Modell zu erstellen, und richten das Modell dann mithilfe eines Computerprogramms mit dem tatsächlichen Patienten auf dem Operationstisch aus.
Häufig erfolgt dieser "Registrierungs" -Prozess durch Anbringen von Zielen, die "Passermarken" genannt werden, ähnlich den Punkten, die von Schauspielern getragen werden, die in CGI-Charaktere umgewandelt wurden, am Kopf des Patienten, um seine oder ihre Schädelmerkmale zu verfolgen. Eine Kamera über dem Patienten richtet das 3D-Modell basierend auf der Position der Punkte neu aus, sodass Ärzte während der Operation auf einen Bildschirm schauen und in Echtzeit sehen können, wo sie sich im Kopf eines Patienten befinden.
Laut Hendrick sind diese Scantechnologien "auf weniger als einen Millimeter genau", aber bei der Beobachtung von Operationen sahen er und sein Team Fälle, in denen Chirurgen ihre Werkzeuge in Bereiche laufen ließen, in denen ihre Bildschirme ihnen sagten, sie sollten nicht ". t läuft in, was bedeutet, dass das Scannen falsch war. Dies kann dazu führen, dass die Operationen länger dauern, da Chirurgen ihren Werkzeugen nicht mehr vertrauen können, stellte Hendrick fest, und versehentliche Schäden durch falsch platzierte Schnitte verursachen könnten.
"Wir haben es so gesehen: 'Was zum Teufel ist los?'", Sagt Hendrick. Schließlich stellten sie fest, dass das Problem beim Registrierungsprozess lag, insbesondere bei diesen Punkten. Jede versehentliche Bewegung der Punkte während des Scannens oder der Operation würde die Ausrichtung des 3D-Modells beeinträchtigen, sagt Hendrick. Diese Bewegung war schockierend einfach, da die menschliche Haut geschmeidig und flexibel ist und der Schädel glatt und schwer zu fassen ist. Selbst eine enge Badekappe, so fand Hendricks Team, war anfällig für kleine Wackelbewegungen, sei es durch unwillkürliche Bewegungen eines Patienten oder durch Kabel, die an der Kappe hängen blieben, und eine Fehleinstellung von Millimetern könnte ausreichen, um zu einem schlechten Schnitt zu führen.
"Der Kopf ist so ziemlich wie ein Ei", sagt Hendrick. "Es gibt nicht viel Geometrie, die wir gut greifen können."
Um dieses Problem zu lösen, ließ sich Hendricks Team von einem innovativen Gerät inspirieren, das 2010 von Ingenieuren der Cornell University entwickelt wurde. Dieser "universelle Robotergreifer" verwendet einen mit Kaffeesatz gefüllten Ballon, der an einem Vakuum befestigt ist, um eine "Hand" zu erzeugen, die alles erfassen kann. Der Ballon und der Boden sind locker, bis das Vakuum aktiviert wird, wodurch die Kaffeeteilchen fest aneinander gezogen werden und ein Ad-hoc-Feststoff entsteht. Wenn der Ballon in losem Zustand gegen einen Gegenstand gedrückt wird, wird durch Aktivieren des Vakuums der Kaffeesatz fest um diesen Gegenstand gedrückt.
Hendricks Team kreierte eine Kappe, die mit Kaffeesatz gefüllt war, um dasselbe mit dem Kopf zu tun. Wenn die Luft aus der Kappe gesaugt wird, bildet sie eine starre Dichtung am Kopf, die verhindert, dass sich die an der Kappe angebrachten Punkte bewegen.
"Es ist wirklich sehr, sehr steif in Bezug auf die Anatomie geformt", sagt Hendrick, der die Kappe mehrmals anprobiert hat und beschreibt, dass es sich anfühlt, als ob etwas "Steinhartes" an Ihrem Kopf befestigt wäre, aber ohne Schmerzen. "Es ist etwas geworden, das die Genauigkeit dieser Registrierungen um einiges verbessert hat."
Hendricks Team hat ein Patent für sein Gerät angemeldet und sucht nun nach einem Industriepartner, um die behördliche Genehmigung für das Gerät zu erhalten und es in den nächsten Jahren in Operationssäle zu bringen. Bald könnte Kaffee bei Operationen eine Rolle spielen und nicht nur die Ärzte wach halten.
