Аппарат под названием Cybram 001 представляет собой кибернетическую модель кровеносной системы человека, в которой воспроизведены мозговые кровеносные сосуды. Машины предназначена для тренировки необходимых навыков у врачей, которым требуется научиться производить операции на мозге.
Авторами проекта стали специалисты компании Fuyo и Международного медицинского центра при университете Сайтамы (Япония). Это полномасштабная модель, которая содержит все основные элементы кровеносной системы от паховой области до центральной артерии, а также циркуляционный насос и датчик давления, благодаря которым система может реалистично симулировать кровоток и давление в теле.
Разработчики отмечают, что неопытные хирурги не допускаются до операций на мозговой ткани, например, при церебральной аневризме или опухоли кровеносных сосудов. Модель была создана специально для таких врачей, которые могут с максимальным реализмом тренировать свои навыки для проведения медицинских процедур и набора необходимого опыта.
В искусственное тело встроен небольшой насос, он автоматически управляется сигналами, которые транслируются с сенсора кровяного давления. Управление давлением и сердечным ритмом осуществляется при помощи сенсорной панели, максимальные и минимальные значения этих показателей постоянно отображаются на экране в реальном времени, пока идет учебная операция.
Авторы проекта хотят, чтобы представители профильных отраслей промышленности узнали о данном приборе, он окажется незаменимым в университетских больницах, учебных учреждениях, в лабораториях по производству медицинского оборудования. Поскольку тело Cybram 001 прозрачно, машина может использоваться даже на университетских лекциях и при тестировании различных систем.
Студия Pilotfish разработала концепт нового робота-помощника, который может быть создан для короткой транспортировки людей с ограниченной подвижностью. Роботизированный ITRI MediRobot может быть использован как в медицинских учреждениях (например, для перевозки пациента между кабинетами, или корпусами клиники для прохождения процедур), так и в быту.
По словам разработчиков, робот имеет уникальную конструкцию, которая позволяет ему балансировать при подъеме пациента и последующим его передвижении. Регулируемые ремни и конструкция ITRI MediRobot может также помочь человеку самостоятельно подняться и дойти до точки назначения. Во время передвижения пациента устройство автоматически отображает информацию о весе и кровяном давлении, которая собирается благодаря нескольким датчикам, расположенным на ремнях.
Пройдет некоторое время, прежде чем ITRI MediRobot появится в продаже и начнет использоваться в медицине. В случае реализации проекта, устройство сможет значительно упростить работу медсестер и сиделок, а пациенты смогут сосредоточиться на комфорте при транспортировке.
После нескольких лет исследований, удалённо управляемая «аптека в чипе» прошла первое клиническое испытание. В эксперименте, проводимом учёными Массачусетского технологического института и биомедицинской компании MicroCHIPS, на срок в 4 месяца чипы, анализирующие состояние организма, были имплантированы в тела 6 человек, страдающих остеопорозом, и каждое устройство было наделено 20 дневными дозами гормона, повышающего уровень присутствия кальция в организме.
Эти дозы удерживались в резервуарах с помощью тонкого покрытия платины и титана, расплавляемого при необходимости высвобождения медикамента электрическим зарядом, который вызывается вживлённым чипом через беспроводную связь ближнего действия.
Кроме проверки отторгаемости имплантата, исследование было призвано убедиться, что данная технология дозирования медикамента производит тот же эффект на укрепление костей, что и традиционные инъекции. Учёные не обнаружили проблем ни в использовании препарата, ни чипа. Теперь предстоит создать версии, способные предоставить большее число доз, затем последует испытание на предмет допустимости широкого использования технологии.
Если успех данной инициативы будет обеспечен, то чипы позволят заменить ежедневные инъекции лекарств или обезболивающих для хронически больных, предоставив пациентам более простой способ выполнять назначенный врачом режим без непосредственного участия медиков, что позволит экономить силы и время пациента. Исследование также показало, что автоматизированная доставка лекарства в организм была более правильной, чем инъекции, в отношении объёма лекарственных средств и регулярности их поступления в организм. В теории, технология может применяться и для ввода других лекарств, к примеру, инсулина при диабете.
В Российской академии наук с 23 по 25 апреля 2012 года состоится симпозиум по результатам экспериментов, моделирующих пилотируемый полет на Марс (проект Марс-500). Участники симпозиума обсудят особенности и перспективы межпланетных космических полетов и основные задачи, стоящие перед космической физиологией и медициной при полетах на Марс.
Также в рамках симпозиума будут обсуждаться вопросы медико-биологического обеспечения экспериментов с длительной изоляцией и межпланетных космических полетов, и будет проведена физиологическая оценка состояния членов экипажа при моделировании полета на Марс. Кроме того, будут затронуты психологические проблемы отбора, подготовки и сопровождения членов экипажей, участвующих в исследованиях по моделированию межпланетных миссий, экспериментальная оценка эффективности различных средств профилактики неблагоприятных воздействий на организм человека факторов космического полета.
Специалисты обсудят различные способы моделирования деятельности человека, разработкой виртуальных моделей и робототехники для работ на поверхности осваиваемых планет, а также основные направления и перспективы применения результатов, полученных при выполнении программы «Марс-500».
Напомним, в рамках эксперимента «Марс-500» шестеро добровольцев в течение 520 суток находились в изолированном пространстве, имитирующем межпланетный космический корабль. «Полет» состоял из трех этапов: перелет к красной планете, высадка на поверхность и проведение научных изысканий, а затем возвращение на Землю.
Ученые и исследователи добились новых результатов при создании электроники, которая бы смогла взаимодействовать с человеческим телом. Национальный научный фонд опубликовал видео, на котором продемонстрированы достижения ученых в сфере создания гибкого устройства, которое имплантируется под кожу пациентов. Новая технология вызвала некоторое волнение у критиков, в частности, и о том, что таким образом человеку при рождении будут внедрять следящие чипы, которые будут являться одновременно и кошельком, и идентификатором личности. Ученые же опровергают эту информацию, сообщая, что подобные технологии разрабатываются исключительно с целью оказания помощи больным пациентам.
Группа ученых сообщила, что прототип гибкой пластины, которая способна взаимодействовать с мышцами, сердцем и контролировать мозговую активность, представляет собой не что иное, как имплантируемую под кожу «Электронную Татуировку». Ее использование должно облегчить процесс постановки диагноза в сложных медицинских случаях, а также оказать помощь в наблюдении за пациентами.
Разработкой занимается группа ученых во главе с профессором Северо-Западного университета Йонггэнгом Хуангом (Yonggang Huang) и профессором Университета Иллинойса Джоном Роджерсом (John Rogers), которые в прошлом году опубликовали совместную научную работу по эпидермальной электронике. В своем труде ученые рассказали о специальных пластинах, которые имплантируются в кожу пациентов и функционируют по мере того, как работают мышцы тела. Во время движения человеческая кожа растягивается и стягивается, а вместе с ней то же самое происходит и с имплантированными компонентами.
В видеоотчете, подготовленном Национальным научным фондом, Роджерс рассказывает о своих экспериментах со встроенной в тело электроникой, которая способствует лечению сердца, головного мозга и мышечной ткани. Одним из своих главных достижений ученый считает разработку обернутого вокруг сердца «электронного носка», который может предотвратить нарушение сердечного ритма. Немаловажной разработкой, по мнению Роджерса, является и мозговой имплантат, способный исключить возможность возникновения припадков.
Йонггэнг Хуанг считает, что в будущем подобная электроника получит собственный автономный источник питания, а также будет поддерживать беспроводное соединение с медицинским оборудованием, благодаря чему процесс оказания помощи пациентам станет значительно проще.
Исследователи из UT Arlington совместно с хирургами из Центра Военной Медицины Брука (Brooke Army Medical Center) и учеными Северо-западного университета (Northwestern University) работают над новым проектом под названием BioMask. Суть идеи заключается во внедрении в хирургическую сферу специальной слоистой маски с многочисленными сенсорами, механизмами и инструментами для доставки лекарств кожному покрову лица, благодаря которому оно медленно, в течение нескольких месяцев, сможет восстановиться после ожогов.
Внемедицинское чудо будет иметь твердую оболочку для защиты электроники и исцеления лица раненого человека. Нижний, второй слой, будет контролировать рост тканей, следить за отсутствием инфекции и сообщать данные о процессе восстановления врачам. На борту футуристической системы будет предусмотрена возможность динамического изменения процесса лечения: в режиме реального времени можно будет назначить новую дозировку лекарств, или же отправить стволовые клетки на нуждающиеся в этом участки лица.
Команда, состоящая из хирургов и ученых, твердо намерена реализовать свою реконструкционную маску к 2017 году.
Научное открытие в области инфракрасного излучения, волны которого находятся в терагерцевом диапазоне, может привести к появлению медицинских сканеров, напоминающих «Трикордеры» из телевизионного сериала Star Trek.
Используя нанотехнологии, физики из Лондона и Сингапура нашли способ сделать излучение терагерцевых волн, применяемое в сканерах безопасности в аэропортах, более сильным и направленным. Это достижение, как отмечается в последнем номере Nature Photonics, может позволить уменьшить подобные сканеры, придав им портативные размеры.
«Терагерцевое излучение предвещает кардинальные перемены в области медицинских сканеров, которые станут быстрее и удобнее, потенциально освободив больных от неудобств сложных диагностических процедур и стресса, испытываемого при ожидании точных результатов», — пояснил Стефан Майер (Stefan Maier), профессор физики Королевского колледжа Лондона, имеющий прямое отношение к открытию.
Как и фантастический «Трикордер», воображаемые учёными сканеры смогут воспринимать, анализировать и передавать диагностические данные. Например, сканеры будут способны на месте бескровно проверять ДНК и определять опухоли.
В настоящее время подобные устройство очень дорогие и излучают довольно слабые сигналы. Но исследователи смогли увеличить террагерцевую радиацию при помощи крохотных электронных структур, окрещённых «нано-антеннами», которые производят мощное излучение при воздействии на них света различной длиной волны.
Не известно, когда выйдет настоящий «Трикордер», способный заметно улучшить качество медицинского обслуживания, но его изобретатели могут получить неплохое вознаграждение: 12 января X Prize Foundation объявила о том, что создатель устройства получит $10 млн. Что ж, осталось немного для воплощения этой мечты в реальность. Не пора ли учёным из космической отрасли подумать о возможности создания реального звездолета «Энтерпрайз»?
За рубежом всё большую популярность получает комплекс услуг, называемый домашняя медицина. Этот рынок в настоящее время оценивается в $30 млрд, причём 20% от него приходится на США. Распространение и развитие данного вида медицинских услуг вызвано целым рядом различных факторов:
население планеты стареет, и по оценкам аналитиков, число пожилых людей к 2050 году составит 2 млрд;
доля хронических заболеваний возросла до 80%, что требует от пациентов регулярного наблюдения у врачей;
необходимость сокращения расширяющихся государственных издержек на здравоохранение;
дефицит квалифицированных врачей;
преимущество в психологическом отношении домашней реабилитации под присмотром врача над стационарной.
Компания Philips открыла особое подразделение «Домашняя медицина», осуществляющее производство специализированного высокотехнологического оборудования с простым интерфейсом для применения самим пациентом. Система домашней медицины включает индивидуальный комплект приборов, необходимых в каждом конкретном случае, а также программно-аппаратную часть на основе ПК, обеспечивающую прямую видеосвязь с лечащим врачом, то есть не только голосовое, но и визуальное общение пациента и доктора.
Домашняя медицина позволяет значительно сократить срок пребывания в стационаре и существенно изменить качество жизни больного. Благодаря портативным датчикам с коммуникационными возможностями, которые носит пациент, например, на запястье, достигается постоянное отслеживание состояния жизнедеятельности, прибор также способен определять падение человека при потере сознания. Кроме того, предоставляет возможность самостоятельного вызова врача или медсестры нажатием тревожной кнопки. Это позволяет больным или пожилым людям, а также их родственникам быть уверенными, что помощь будет оказана в нужное время.
То, что домашняя медицина получит распространение и в России, вряд ли подлежит сомнению, однако пока остаётся неясным, бремя оплаты дорогостоящего оборудования ляжет целиком на пациентов, или же государство примет участие в этой области, предоставив финансовую помощь, учитывая сопутствующие выгоды по сокращению расходов на содержание медицинских учреждений.
В прошлом году доктор технических наук Владимир Мстиславович Пентковский, известный разработчик и заслуженный исследователь Intel, совместно со специалистами Московского физико-технического института (МФТИ) представил на конкурс Министерства образования и науки программу по разработке программно-аппаратных архитектур, которые были бы максимально эффективны при решении сложных задач биоинформатики и фармакологии. На конкурс было подано более 500 заявок. Проект доктора Пентковского вошёл в число 40 победителей и получил грант в размере 150 млн руб. на создание лаборатории в МФТИ и проведение исследований.
Доктор технических наук Владимир Мстиславович Пентковский выступает на пресс-конференции по проекту I-SCALARE
Главным направлением деятельности лаборатории суперкомпьютерных технологий для биомедицины, фармакологии и малоразмерных структур I-SCALARE является разработка проблемно-ориентированных архитектур вычислительных систем для задач, связанных с моделированием вирусов, клеточных мембран, а также взаимодействия белков и внешних полей с клеточными мембранами — все они, по заявлению разработчиков, не могут быть решены на существующих архитектурах вычислительных кластеров.
Группа компаний РСК в рамках контракта с МФТИ разработала и установила пилотную систему, которая стала основой вычислительного кластера в лаборатории I-SCALARE. Новый суперкомпьютер основан на архитектуре «РСК Торнадо», впервые продемонстрированной на европейской отраслевой выставке ISC в Гамбурге в июне 2011 года. «РСК Торнадо» — это суперкомпьютерное решение с жидкостным охлаждением для массово доступных стандартных серверных плат на базе процессоров Intel Xeon.
Директор по развитию корпоративных проектов корпорации Intel Николай Местер показывает пилотный кластер лаборатории I-SCALARE
На текущий момент пилотная кластерная система в МФТИ обладает производительностью в 2,5 Тфлопс и состоит из 16 вычислительных узлов, каждый из которых содержит по два высокопроизводительных процессора Intel Xeon 5680 с тактовой частотой 3,33 ГГц. На каждый узел приходится по 36 Гбайт оперативной памяти и система хранения данных ёмкостью 3 Тбайт. Коммуникационная сеть построена на базе высокоскоростного интерфейса Infiniband QDR. В дальнейшем в рамках планового расширения уже в этом году производительность вычислительного кластера МФТИ будет увеличена до 30 Тфлопс.
Вычислительный кластер обладает следующими особенностями:
экономическая эффективность;
простота, надёжность, компактность и масштабируемость;
возможность использования ускорителей архитектуры Intel MIC.
на охлаждение расходуется не более 20% энергопотребления;
коэффициент вычислительной эффективности составляет более 90% в тесте LINPACK;
Биоинформатика и моделирование лекарственных препаратов являются одними из самых быстрорастущих областей, где существует острая необходимость использования высокопроизводительных вычислений на суперкомпьютерах.
В сотрудничестве с I-SCALARE учёные Института биоорганической химии проводят исследование взаимодействия ряда природных антибиотиков с определёнными видами клеточных мембран, что позволит выявить тонкие механизмы действия лантибиотиков и разработать подход к компьютерному конструированию нового класса молекул с заданным спектром антибактериальной активности.
Исследовательская группа химического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова решает совместно с I-SCALARE задачу моделирования структуры и молекулярной динамики опасных для человека вирусов типа Flavivirus и процессов их взаимодействия с клетками организма. Изучение этих сложных молекулярных явлений позволит помочь в создании лекарств для лечения опасных вирусных заболеваний — клещевого энцефалита, лихорадки Денге, лихорадки Западного Нила, жёлтой лихорадки и т. д.
Проектная группа КИНТЕХ Лаб разрабатывает интегрированную модель взаимодействия электромагнитного излучения с клеточными тканями для описания процессов образования пор и транспорта через них молекулярных веществ и наноструктур. Для этого методы атомистического моделирования интегрируются с моделями, описывающими распределение электромагнитного поля и температуры в масштабе всей клетки.
Группе ученых из Университета Северной Каролины удалось создать запоминающее устройство, которое может произвести революцию в разработке биокомпьютеров. В отличие от полупроводниковой, их память является мягкой и устойчивой к внешним воздействиям и может отлично функционировать во влажной среде.
«В отличие от существующей памяти, которая весьма хрупкая и чувствительная к внешним воздействиям, разработанное нами устройство по консистенции больше всего похоже на желе», - рассказал Майкл Дики, доцент кафедры химических и биомолекулярных исследований университета и один из авторов разработки.
Принцип работы памяти схож с таковым для мемристоров, которые многие исследователи считают возможным преемником для современных микросхем памяти. Там значение кодируется нулем или единицей, которые фиксируются с помощью электронов. В «мягкой» памяти кодирование происходит с помощью ионов. Каждая ячейка состоит из двух электродов, между которыми располагается специальный гель, состоящий из индия, галлия и других веществ, на водной основе.
На данный момент разработка еще слишком громоздкая и «сырая» для использования даже в дальнейших исследованиях. Тем не менее, ученые видят в ней громадный потенциал. Благодаря свойствам новой памяти с ее помощью можно решить проблемы взаимодействия электроники и живой материи на клеточном уровне. Подобные устройства могут оказать неоценимый вклад в развитие не только вычислительной техники и биотехнологий, но и медицины.
Изображения мозга, получаемые при различных типах сканирований, весьма сложны в чтении даже для квалифицированных специалистов, что уж говорить об обычных интересующихся. Однако ученые из Университета Брауна (Brown University) смогли создать относительно простую «навигационную карту мозга», позволяющую даже неспециалисту получить базовые представления об устройстве мозга.
В основу реализации проекта положена технология диффузионно-взвешенной магнитно-резонансной томографии – этот метод сканирования позволяет получить изображение нервных каналов мозга, основываясь на диффузии воды внутри и вокруг нервов. Затем сети нервов были отделены от прочей графической информации, полученной при сканировании, и представлены в виде простой 2D-карты.
Можно сказать, что это «мозговой» аналог Google Maps – простой веб-интерфейс для просмотра двухмерных изображений, допускающий 3D-контент. Подобный метод визуализации может быть реализован как в виде отдельного приложения, так и веб-сервиса, отображающего загруженные изображения.
У Canon есть официальный повод начать переживать – разработанный компанией ранее огромный КМОП-сенсор затенен еще более гигантским устройством, изготовленным на стандартной 20-сантиметровой пластине. Созданный в недрах Университета Линкольна сенсор назвали DyNAMITe, что расшифровывается как Dynamic range Adjustable for Medical Imaging Technology microchip (буквальный перевод звучит примерно так: «настраиваемый микрочип с динамическим диапазоном, предназначенный для получения изображений в медицинских целях»).
Действительно смешная шутка со стороны создателей – назвать этого монстра микрочипом, ведь он примерно в 200 раз больше тех, что используются в современных ПК. DyNAMITe будет применяться отнюдь не для съемки сверхдетализированных портретов и ландшафтов, а исключительно во врачебных целях. Разработчики заявляют, что огромное разрешение (и возможность снимать видео с частотой 90 кадров/с) изображений пригодится докторам для обнаружения рака на самых ранних стадиях, кроме того, сенсор устойчиво переносит радиационное облучение на протяжении нескольких лет. Это означает, что его можно использовать в задачах маммографии и радиотерапии.
Неизвестно, когда конкретно больницы станут оснащать разработкой Университета Линкольна. Впрочем, даже если этого не случится, её всегда может приобрести Hasselblad для установки в свои монструозные фотоаппараты.
Медицинский ресурс Bulletin Heathcare провел исследование с целью выяснения, какими мобильными устройствами чаще всего пользуются его подписчики для чтения электронной рассылки. Следует отметить, что аудитория ресурса насчитывает более 550 тысяч человек, основная часть которых являются работниками медицинской отрасли.
В результате исследования, проводившегося в течение девяти месяцев (с июня 2010 года по февраль 2011), выяснилось, что большинство подписчиков Bulletin Heathcare для чтения электронной рассылки пользуются устройствами под управлением операционной системы iOS. За это время число подписчиков, пользующихся для чтения рассылки ресурса мобильными устройствами, выросло на 45%. Они составили 30% общего числа респондентов, в то время как остальные 70% по-прежнему знакомилось с электронными письмами с помощью настольных компьютеров.
Из числа пользующихся мобильными устройствами около 90% оказались владельцами iPhone или iPad, и всего 6% знакомились с рассылкой Bulletin Heathcare при помощи Android-устройств.
Что также интересно, среди врачей число поклонников мобильных устройств различается в зависимости от специализации. Исследователи определили, что 41% фельдшеров и 40% врачей скорой неотложной помощи пользуются мобильными устройствами ежедневно, в то время, как среди онкологов таких насчитывается 20%, а у патологоанатомов приверженцев мобильной техники еще меньше — 16%.
Команда ученых из Массачусетского технологического института и Университета Гарварда разработала прототип устройства, способного осуществлять быструю и точную диагностику раковых заболеваний. Ожидание результатов анализа, осуществляемого текущими методами, может продолжаться до нескольких дней, правильный диагноз выносится в 84% случаев. Новый прототип, в свою очередь, демонстрирует следующие показатели: один час и 96% точности.
Устройство работает по принципу ядерного магнитного резонанса – сканер определяет молекулы по тому, как на их ядра влияют магнитные поля. Кроме того, прототип присоединяет магнитные наночастицы к белкам, что позволяет выявлять конкретные типы белков – например, такие, которые встречаются в раковых клетках. Результаты анализа можно считать, подключив устройство к смартфону со специально разработанной предустановленной программой.
В ходе тестов на 50 пациентах среднее время анализа для одного пациента составило менее часа, правильный диагноз был поставлен 48 из них. Другой тест, на 20 пациентах, показал 100-процентную точность вынесения диагноза. Напомним, что текущие способы анализа, применяемые в медицине, позволяют обеспечить точность в диапазоне 74-84%.
Но наиболее интересным моментом разработки ученых является потенциальная цена. Ожидается, что готовое устройство будет стоить около $200, что позволит оборудовать им больницы даже в развивающихся странах. Разработчики уверены, что в будущем устройство можно будет «научить» не только ставить диагнозы, но и отслеживать течение болезни у уже продиагностированных пациентов.
Если присмотреться к открытиям и достижениям человека, станет ясно, что большая их часть – не такие уж и откровения. Очень многое наш талантливый Homo sapiens просто-напросто заимствует у природы, внося в формулу коррективы для достижения наибольшей эффективности. Теперь вот ученые обратили пристальное внимание на американских черных медведей (или Ursus americanus). Исследователи уверены – детальное изучение процесса зимней спячки этих животных может принести пользу медицине и космонавтике.
Изучаемый вид медведей обладает весьма примечательной способностью – мишки умеют значительно снижать свой метаболизм на срок от 5 до 7 месяцев. В период спячки животное напоминает замкнутую систему жизнеобеспечения, из внешних факторов она нуждается лишь в воздухе. Интервалы между вдохами могут достигать 20 секунд, сердце совершает два-три удара в минуту – скорость обмена веществ в таком состоянии снижается на 75%. Впечатляет, не правда ли?
Однако еще большее впечатление производит тот факт, что медведи каким-то образом ухитряются за такой длительный срок спячки практически не терять костную и мышечную массу! Из этого наблюдения и вытекают все дальнейшие исследования ученых. Вникнув в тайну медвежьей спячки, они надеются разработать новые методы помощи пострадавшим от инсульта или инфаркта (если снизить потребность организма в кислороде, то и последствия остановки сердца будут не такими значительными). Кроме того, ученые рассчитывают использовать полученные наработки в космонавтике – только представьте, как можно сократить цикл повторной подготовки космонавта, если его мышцы после полугодового пребывания в космосе будут такими же крепкими, какими были на Земле. В общем, ленивые и сонные мишки хранят еще много полезных человеку секретов…