The first time I stood in the operating room and watched a real surgery, I had no idea what to expect. I was a college student in engineering. I thought it was going to be like on TV. Ominous music playing in the background, beads of sweat pouring down the surgeon's face. But it wasn't like that at all. There was music playing on this day, I think it was Madonna's greatest hits. (Laughter) And there was plenty of conversation, not just about the patient's heart rate, but about sports and weekend plans. And since then, the more surgeries I watched, the more I realized this is how it is. In some weird way, it's just another day at the office. But every so often the music gets turned down, everyone stops talking, and stares at exactly the same thing. And that's when you know that something absolutely critical and dangerous is happening.
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.
The first time I saw that I was watching a type of surgery called laparoscopic surgery And for those of you who are unfamiliar, laparoscopic surgery, instead of the large open incision you might be used to with surgery, a laparoscopic surgery is where the surgeon creates these three or more small incisions in the patient. And then inserts these long, thin instruments and a camera, and actually does the procedure inside the patient. This is great because there's much less risk of infection, much less pain, shorter recovery time. But there is a trade-off, because these incisions are created with a long, pointed device called a trocar. And the way the surgeon uses this device is that he takes it and he presses it into the abdomen until it punctures through. And now the reason why everyone in the operating room was staring at that device on that day was because he had to be absolutely careful not to plunge it through and puncture it into the organs and blood vessels below. But this problem should seem pretty familiar to all of you because I'm pretty sure you've seen it somewhere else. (Laughter) Remember this? (Applause) You knew that at any second that straw was going to plunge through, and you didn't know if it was going to go out the other side and straight into your hand, or if you were going to get juice everywhere, but you were terrified. Right? Every single time you did this, you experienced the same fundamental physics that I was watching in the operating room that day. And it turns out it really is a problem. In 2003, the FDA actually came out and said that trocar incisions might be the most dangerous step in minimally invasive surgery. Again in 2009, we see a paper that says that trocars account for over half of all major complications in laparoscopic surgery. And, oh by the way, this hasn't changed for 25 years.
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.
So when I got to graduate school, this is what I wanted to work on. I was trying to explain to a friend of mine what exactly I was spending my time doing, and I said, "It's like when you're drilling through a wall to hang something in your apartment. There's that moment when the drill first punctures through the wall and there's this plunge. Right? And he looked at me and he said, "You mean like when they drill into people's brains?" And I said, "Excuse me?" (Laughter) And then I looked it up and they do drill into people's brains. A lot of neurosurgical procedures actually start with a drill incision through the skull. And if the surgeon isn't careful, he can plunge directly into the brain. So this is the moment when I started thinking, okay, cranial drilling, laparoscopic surgery, why not other areas of medicine? Because think about it, when was the last time you went to the doctor and you didn't get stuck with something? Right? So the truth is in medicine puncture is everywhere. And here are just a couple of the procedures that I've found that involve some tissue puncture step. And if we take just three of them — laparoscopic surgery, epidurals, and cranial drilling — these procedures account for over 30,000 complications every year in this country alone. I call that a problem worth solving.
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.
So let's take a look at some of the devices that are used in these types of procedures. I mentioned epidurals. This is an epidural needle. It's used to puncture through the ligaments in the spine and deliver anesthesia during childbirth. Here's a set of bone marrow biopsy tools. These are actually used to burrow into the bone and collect bone marrow or sample bone lesions. Here's a bayonette from the Civil War. (Laughter) If I had told you it was a medical puncture device you probably would have believed me. Because what's the difference? So, the more I did this research the more I thought there has to be a better way to do this. And for me the key to this problem is that all these different puncture devices share a common set of fundamental physics.
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.
So what are those physics? Let's go back to drilling through a wall. So you're applying a force on a drill towards the wall. And Newton says the wall is going to apply force back, equal and opposite. So, as you drill through the wall, those forces balance. But then there's that moment when the drill first punctures through the other side of the wall, and right at that moment the wall can't push back anymore. But your brain hasn't reacted to that change in force. So for that millisecond, or however long it takes you to react, you're still pushing, and that unbalanced force causes an acceleration, and that is the plunge. But what if right at the moment of puncture you could pull that tip back, actually oppose the forward acceleration? That's what I set out to do.
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.
So imagine you have a device and it's got some kind of sharp tip to cut through tissue. What's the simplest way you could pull that tip back? I chose a spring. So when you extend that spring, you extend that tip out so it's ready to puncture tissue, the spring wants to pull the tip back. How do you keep the tip in place until the moment of puncture? I used this mechanism. When the tip of the device is pressed against tissue, the mechanism expands outwards and wedges in place against the wall. And the friction that's generated locks it in place and prevents the spring from retracting the tip. But right at the moment of puncture, the tissue can't push back on the tip anymore. So the mechanism unlocks and the spring retracts the tip. Let me show you that happening in slow motion. This is about 2,000 frames a second, and I'd like you to notice the tip that's right there on the bottom, about to puncture through tissue. And you'll see that right at the moment of puncture, right there, the mechanism unlocks and retracts that tip back. I want to show it to you again, a little closer up. You're going to see the sharp bladed tip, and right when it punctures that rubber membrane it's going to disappear into this white blunt sheath. Right there. That happens within four 100ths of a second after puncture. And because this device is designed to address the physics of puncture and not the specifics of cranial drilling or laparoscopic surgery, or another procedure, it's applicable across these different medical disciplines and across different length scales.
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.
But it didn't always look like this. This was my first prototype. Yes, those are popsicle sticks, and there's a rubber band at the top. It took about 30 minutes to do this, but it worked. And it proved to me that my idea worked and it justified the next couple years of work on this project. I worked on this because this problem really fascinated me. It kept me up at night. But I think it should fascinate you too, because I said puncture is everywhere. That means at some point it's going to be your problem too. That first day in the operating room I never expected to find myself on the other end of a trocar. But last year, I got appendicitis when I was visiting Greece. So I was in the hospital in Athens, and the surgeon was telling me he was going to perform a laparoscopic surgery. He was going to remove my appendix through these tiny incisions, and he was talking about what I could expect for the recovery, and what was going to happen. He said, "Do you have any questions?" And I said, "Just one, doc. What kind of trocar do you use?"
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?"
So my favorite quote about laparoscopic surgery comes from a Doctor H. C. Jacobaeus: "It is puncture itself that causes risk." That's my favorite quote because H.C. Jacobaeus was the first person to ever perform laparoscopic surgery on humans, and he wrote that in 1912. This is a problem that's been injuring and even killing people for over 100 years.
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.
So it's easy to think that for every major problem out there there's some team of experts working around the clock to solve it. The truth is that's not always the case. We have to be better at finding those problems and finding ways to solve them. So if you come across a problem that grabs you, let it keep you up at night. Allow yourself to be fascinated, because there are so many lives to save.
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.
(Applause)
(Applåder)