21. sajandi meditsiin: Gaussi relvad, maagilised kuulid ja magnettiboti kirurgid

Kunagi 20. sajandi vahetuse paiku lõi selle sõna meditsiiniline ekstraordinaar Paul Ehrlich võlupall või “maagiline kuul” uute ravimite kirjeldamiseks, mille kallal ta töötas süüfilise ja vähi raviks. Teoreetiliselt jätaksid sellised ravimid terved koed puutumata, samal ajal kui need on suunatud ainult haigele. Psühholoogid kasutasid seda terminit hiljem, et kirjeldada fenomenaalselt laialt levinud paanikat, mis tekkis H. G. Welli eeposes 1938. aastal. Maailmade sõda edastati pahaaimamatule Ameerika avalikkusele.



Nendele psühholoogidele meeldis muide viidata ka oma maagilise kuuli teooriale kui 'hüpodermilise süstla mudelile', mis peegeldab meedia uut leitud võimet süstida radikaalset kontseptsiooni otse vangistuses oleva vaataja teadvusse täpselt. Kuigi kumbki ülimalt idealiseeritud maagiakuulidest, millele me just vihjasime, ei pruugi olla täiesti realistlikud kontseptsioonid, on tõelisest maagiakuust, mida saab kogu keha sisemuses oma äranägemise järgi juhtida, muutunud hiljuti usaldusväärne kontseptsioon. Me ei pea silmas surmavat tüüpi kuuli, mis järgib sageli väga moonutatud trajektoori. Selle asemel räägime seadmest, mida tulistas palju juhitavam relv - nimelt Gaussi relv, mida kutsuti kuulsa samanimelise matemaatiku järgi.

Sarnaselt mähisele või rööppüstolile kiirendab Gaussi püstol objekti lineaarselt elektromagnetväljade abil. Seda saab konfigureerida ka potentsiaalse energia salvestamiseks selle ava sees olevate objektide asukohtadesse ja seejärel võimendama sissetuleva osakese kineetilist energiat, teisendades selle potentsiaalse energia suuremaks kineetiliseks energiaks, mis lisatakse väljuvale objektile. Lihtne video illustreerib põhiprintsiipi ilmselt palju selgemalt:





Teadlased Aaron Becker, Ouajdi Felfoul ja Pierre Dupont on ehitanud a põhimõttekindel Gaussi relv mis võiks liikuda pisikese seadmega, mida nad kogu kehas nimetavad millibotiks. Kui mitmed teadlased on seda juba teinud kuumvarraste standardne MRI masinad või ehitatud spetsiaalsed oktomagmid juhtida kateetreid magnetiliselt ja muude seadmetega kogu keha vedelas kambris, on see esimene märge, mis annab piisavalt tugevaid jõude kehas olevate tahkete tõkete läbimiseks magnetiliselt.

Gauss

Skeemi peamine nipp on hüpodermilise nõela kambri eellaadimine rea magnetiseeruvate teraskuulide ja vahetükkide abil. Legeeritud terasest kuulide kasutamine teie tavaliste kõrgtugevate neodüümmagnetite asemel on kahekordne: neodüümi püsimagnetite magnetiline küllastus on madalam (ainult 77% terasest suudavad nad toota ainult 43% terase ekvivalentsest magnetjõust), ja nende magnetismi ei saa välja lülitada. Teisest küljest kaob terasest elektromagnetitega jõud, kui elektromagnet välja lülitate. Kui tooksite püsimagnetid kehasse, siis näiteks neid süües suruksid teie sooled kiiresti kokku ja magnetid neelaksid vastastikuses atraktiivsuses end vaieldamatult koe kaudu.



Teadlaste peamine ülevaade on see, et MRI masina mähiseid võiks kasutada Gaussi relva rakendamiseks. MRI konfigureerimiseks ja käitamiseks on erinevaid viise, kuid meie siinsetel eesmärkidel võime mõelda sellest kui elektrimootorist. MR-skanner toimib staatorina ja genereerib ferroelektrilist materjali sisaldava ajami rootoril tõukejõud. Maksimaalse pöördemomendi genereerimiseks tuleb väiksemad gradiendimähised (vastupidiselt MRI suurele staatilisele väljale) viia suletud ahela juhtimise alla või mootorikeeles - kommuteerida. Kui see on korralikult tehtud, peaks isegi olema võimalik juhtida rohkem kui ühte eset puuraugus.

Gaussi relv võimaldaks pisikestel seadmetel purustada vedelikkambrite vahelisi tõkkeid või minna ise läbi tahke koe. See võime oleks kriitiline juurdepääsuks näiteks aju vatsakese süsteemi kaugematele nurkadele ja seda saaks koheselt rakendada sellistes tingimustes nagu hüdrotsefaal, kus nende kambrite korralik vool on häiritud. Gaussi püssi ilu on see, et MRI magnetid teevad kõike - paigutavad komponendid, laadivad need ja lasevad. Kui milliboti kirurgilise protseduuri ballistiline komponent on tehtud, kandub milliboti juhtimine teoreetiliselt üle tavalisele väikese võimsusega MRI navigeerimisele.



Et lugeja ei arvaks, et see kõik on lihtsalt pirukas taevas, peaksime andma mõned kõvad numbrid. Autorid märgivad, et enamikus kliinilistes skannerites kasutatav maksimaalne gradient on umbes 20–40 mT / m. See tekitaks magnetiseeritud terasosakestele jõu, mis võrdub 36–71% selle gravitatsioonijõust. Teisisõnu, mitte väga palju jõudu, millega töötada. Proovitud on spetsiaalsed kõrgtugevad gradiendimähised kuni 400 mT / m, kuid need ei ole enamiku MRI-seadmete praktilised ümberehitused. Üldiseks võrdluseks nõuab 18-nurgalise nõela surumine läbi 10 mm lihase umbes 0,6 N jõudu.

Küsisime otse autorilt Pierre Dupontilt, mida Gaussi relv välja võiks panna. Ta ütles, et nad on 18gauge nõela abil juba näidanud kuni 15 mm sügavust ajukoe fantoomi. Peaksime märkima, et tõelised ajud on põhimõtteliselt lipiidide ja tsütoskeleti valgu komposiidid, mis peaksid eeldama mõju mittelineaarset käitumist. Teisisõnu, nagu ka basseini pind, peaks löögikiirus oluliselt mõjutama materjali jäikust, mida läbitungiv objekt tunneb.

Ülaosas olev põhipilt näitab kommertsiaalset magnetnavigatsioonisüsteemi, mida on juba kasutatud südame täiustatud protseduuride jaoks. Operaatorid ei istu isegi kirurgilises amfiteatris, vaid juhivad etendust pigem eraldi juhtimisruumist. See seade, mida nimetatakse Niobe magnetiline magnetnavigatsioonisüsteem juhib kateetri läbi veresoonte, painutades seda erinevates magnetväljale reageerivates kontrollpunktides. Ehkki juba praegu on äärepoolseimas piirkonnas hädavajalik, kui Niobe-laadsed seadmed lisavad lõpuks lihaseid Gaussi relvastiilisid seadmeid, on kaugrobotikirurgia jõudnud uude ajastusse.

Mõni aeg tagasi arutasime mõnda neist peenemad punktid närviriistvara paigaldamine ja manipuleerimine aju vatsakese süsteemis. Meie kolju umbes 1700 ml suurusest ruumist on 1400 ml sellest aju ise, 150 ml on vere jaoks ja 150 ml tserebrospinaalvedelikuks (CSF), milles aju hõljub. Täiendav 30 ml CSF-i ringleb ajukeskuse kambrivõrgus, mida nimetatakse vatsakeste süsteemiks. See on üsna ruumikas töökeskkond. Peened membraanid, mis eraldavad neid ruume, on just need sihtmärgid, mille kallal Gaussi relv võiks töötada. Märkimisväärne on see, et pakume, et üks peamisi protseduure oleks aju ja keha suurema immuunsuse ja lümfisüsteemi vaheliste käikude tegemine või õmblemine.

Me ei ütle siin palju muud, kui mainida, et vaid nädal tagasi oleks vaevalt keegi ette kujutanud, et kesknärvisüsteemil oleks klassikaline lümfisüsteem , rääkida. Nüüd tahavad kõik teada, kuidas seda kontrollida ja sellele juurde pääseda, et tagada aju jätkuv tervis ja jõud.

Copyright © Kõik Õigused Kaitstud | 2007es.com