Medicina 21. stoljeća: Gaussov pištolj, čarobni metak i magnetski milibotski kirurzi

Negdje oko prijelaza u 20. stoljeće, izvanredni medicinski Paul Ehrlich skovao je riječ čarobna kugla ili 'čarobni metak' za opisivanje novih lijekova na kojima je radio kako bi izliječio sifilis i rak. U teoriji, takvi lijekovi ostavljaju zdravo tkivo netaknutim, a ciljaju samo bolesne. Psiholozi su kasnije prisvojili ovaj izraz da bi opisali fenomenalno raširenu paniku koja je nastala kad je epski triler H. G. Well-a iz 1938. godine Rat svjetova je emitirana nesuđenoj američkoj javnosti.

Inače, ovi su se psiholozi također voljeli pozivati ​​na svoju teoriju čarobnih metaka kao na „model hipodermijske šprice“, što odražava novu pronađenu sposobnost medija da radikalni koncept ubrizgaju izravno u umove zatvorene publike s preciznom točnošću. Iako niti jedan od visoko idealiziranih čarobnih metaka na koje smo upravo aludirali možda nije potpuno realistična predodžba, pravi čarobni metak koji se može voditi po volji u unutrašnjosti tijela nedavno je postao vjerodostojan koncept. Ne mislimo na smrtonosnu vrstu metka koja često slijedi visoko izvijenu putanju. Umjesto toga, govorimo o uređaju koji je pucao iz mnogo više kontrolirane vrste pištolja - naime, nečega što se naziva Gaussovom puškom, po poznatom matematičaru s istim imenom.



Slično pištolju zavojnice ili tračnice, Gaussov pištolj linearno ubrzava objekt pomoću elektromagnetskih polja. Također se može konfigurirati za pohranjivanje potencijalne energije u položajima predmeta unutar provrta, a zatim pojačati kinetičku energiju dolazne čestice pretvarajući tu potencijalnu energiju u veću kinetičku energiju dodanu postojećem objektu. Jednostavni video vjerojatno puno jasnije ilustrira osnovno načelo:



Istraživači Aaron Becker, Ouajdi Felfoul i Pierre Dupont izgradili su dokazni princip Gaussove puške koji bi mogao pokretati sićušni uređaj koji nazivaju milibot po cijelom tijelu. Dok je nekoliko istraživača već vruće grijani standardni MRI strojevi ili izgrađeni namjenski 'oktomi' magnetno upravljani kateteri i drugim uređajima u odjeljcima s tekućinom u tijelu, ovo je prva naznaka da se sile dovoljne za prelazak čvrstih barijera u tijelu mogu postići magnetskim putem.



Gauss

Glavni trik iza sheme je prednaprezanje komore hipodermijske igle s nizom čeličnih kuglica i odstojnika koji se mogu magnetizirati. Ljepota upotrebe kuglica od legiranog čelika umjesto tipičnih neodimijskih magneta visoke čvrstoće dvojaka je: neodimski trajni magneti imaju manju magnetsku zasićenost (sa samo 77% čelika mogu proizvesti samo 43% ekvivalentne magnetske sile čelika), i njihov se magnetizam ne može isključiti. S druge strane, kod čeličnih elektromagneta sila odlazi kad isključite elektromagnet. Kad biste u tijelo uvodili trajne magnete, jedući ih, na primjer, vaša bi se crijeva brzo spojila i magneti bi se neumoljivo probijali izravno kroz tkivo u obostranoj privlačnosti.



Ključni uvid istraživača je da bi se zavojnice MRI aparata mogle koristiti za uvođenje Gaussove puške. Postoje različiti načini za konfiguriranje i pokretanje magnetske rezonancije, ali za naše svrhe ovdje ga možemo smatrati električnim motorom. MR skener djeluje kao stator i generira pogonske zakretne momente na rotoru aktuatora koji sadrži feroelektrični materijal. Da bi se stvorio maksimalan zakretni moment, zavojnice s manjim gradijentom (za razliku od velikog statičkog polja MRI) moraju se staviti pod kontrolu zatvorene petlje ili u lingo - komutaciju motora. Ako se pravilno izvede, čak bi trebalo biti moguće kontrolirati više od jednog objekta unutar provrta.

Gaussov pištolj omogućio bi sićušnim uređajima da probiju prepreke između komora s tekućinom ili čak prođu kroz samo čvrsto tkivo. Ta bi sposobnost bila presudna za pristup udaljenim uglovima ventrikularnog sustava mozga, na primjer, i imala bi trenutnu primjenu u uvjetima poput hidrocefalusa, gdje je poremećen pravilan protok kroz ove komore. Ljepota Gaussova pištolja je u tome što MRI magneti čine sve - postavljaju komponente, pune ih i pucaju. Nakon završetka balističke komponente milibotskog kirurškog postupka, kontrola milibota teoretski bi se prebacila na standardnu ​​MRI navigaciju male snage.

Da čitatelj ne bi pomislio da je ovo sve samo pita na nebu, trebali bismo navesti neke tvrde brojeve. Autori primjećuju da je maksimalni gradijent dostupan u većini kliničkih skenera oko 20-40mT / m. To bi stvorilo silu na magnetiziranu čeličnu česticu jednaku 36-71% njene gravitacijske sile. Drugim riječima, nema puno snage za rad. Pokušane su prilagođene gradijentne zavojnice visoke čvrstoće do zavojnice od 400 mT / m, ali one nisu praktične naknadne ugradnje u većinu MRI uređaja. Za opću usporedbu, probijanje igle od 18 kalibra kroz mišić od 10 mm zahtijeva oko 0,6 N sile.

Odgovarajućeg autora Pierrea Duponta pitali smo izravno što bi Gaussov pištolj mogao ugasiti. Rekao je da su već pokazali do 15 mm dubine prodiranja u fantom moždanog tkiva pomoću igle od 18 metara. Treba imati na umu da su stvarni mozgovi u osnovi lipidni i bjelančevinascitoskeletni sastavi od kojih se očekuje da se ponašaju nelinearno s obzirom na utjecaje. Drugim riječima, poput površine bazena, brzina udara trebala bi uvelike utjecati na krutost materijala koju osjeća prodirući objekt.

Glavna slika na vrhu prikazuje komercijalni magnetni navigacijski sustav koji se već koristi za napredne srčane postupke. Operateri ni ne sjede u kirurškom amfiteatru, već emisiju vode iz odvojene kontrolne sobe. Ovaj uređaj, nazvan Daljinski magnetni navigacijski sustav Niobe, usmjerava kateter kroz vaskularijum savijajući ga na različitim kontrolnim točkama koje reagiraju na magnetsko polje. Iako se već čini prijeko potrebnim u OR-u, kada uređaji poput Niobe na kraju dodaju gustine nastavke u stilu Gauss-ovog pištolja, robotska kirurgija na daljinu ući će u novo doba.

Prije nekog vremena razgovarali smo o nekima od njih finiji bodovi instaliranja i manipulacije živčanim hardverom u ventrikularni sustav mozga. Od 1700 ml dostupnog prostora u našoj lubanji, 1400 ml od toga je sam mozak, 150 ml je za krv i 150 ml za cerebrospinalnu tekućinu (CSF) u kojoj mozak pluta. Dodatnih 30 ml likvora cirkulira unutar mreže komora u središtu mozga poznatog kao ventrikularni sustav. To je prilično prostrano radno okruženje. Fine membrane koje razdvajaju ove prostore upravo su ciljevi na kojima bi Gaussov pištolj mogao raditi. Treba napomenuti da bismo ponudili da bi jedan od ključnih postupaka bio stvaranje ili šivanje prolaza između mozga i većih imunoloških i limfnih sustava tijela.

Ovdje nećemo reći puno više osim spomenuti da je prije samo tjedan dana teško da bi itko mogao zamisliti da središnji živčani sustav ima klasični limfni sustav, da govorim o tome. Sada svi žele znati kako to kontrolirati i pristupiti mu kako bi osigurali kontinuirano zdravlje i snagu mozga.

Copyright © Sva Prava Pridržana | 2007es.com