1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Рассказывают, что однажды женщина спросила Бенджамина Франклина: «Профессор, какое же применение найдет изучаемое Вами электричество?» Ученый ответил вопросом: «Мадам, а какое применение новорожденному?»

С момента открытия электрона прошло всего три десятилетия, а родилась новая наука — электроника. Пришедшее из мрака неизвестности в 1930 г. само слово «электроника» сегодня широко вошло не только в научную литературу, но и в нашу повседневную жизнь. Прошло еще три десятилетия, и в недрах электроники зародилась медицинская электроника.

«У нас на глазах новые успехи физики, — отмечал академик М. В. Келдыш,— приводят ко все более удивительным применениям электроники». Мы попытались показать, что на первых норах дал союз медицины и электроники. Но и это лишь видимая часть айсберга. Круг проблем развития новых физических методов и принципов для решения задач научной и практической медицины неизмеримо шире. Для наглядности назовем часть из тех, что стали предметом исследований и разработок в различных учреждениях Академии наук СССР.

Одна из тем — оптическая спектроскопия, методы которой используются в биохимии, научной медицине, клинической химии, санитарии. С помощью спектрографов значительно легче ставить достоверный диагноз, например, при диабете, инфаркте миокарда, заболеваниях почек. Другая тема — люминесцентный анализ, который, благодаря своей чувствительности, быстродействию и простоте, позволяет также решать многие задачи медицинской диагностики. Работы в области люминесценции сыграли важную роль при создании, в частности, электронно-оптических усилителей рентгеновского изображения. Люминесцентные детекторы рентгеновского излучения успешно применяются в радиоизотопной диагностике и в сочетании с полупроводниковыми источниками света — в компьютерных томографах, повышая возможность выявления патологических образований в организме.

Разработаны криохирургические инструменты для нейрохирургических операций. Таким «криоскальпелем» за несколько минут можно полностью разрушить холодом небольшой по объему участок мозга (без какого-либо нарушения его здоровой ткани) на пути к очагу болезни. Есть подобные же инструменты, предназначенные для онкологии, офтальмологии, отоларингологии и других областей медицины. И все они «прижились» в клиниках, найдя признание врачей и широкое применение в медицинской практике. Что касается ультразвуковых методов диагностики и терапии, то диапазон их применения просто-таки необъятен. Создана качественно новая ультразвуковая аппаратура для акушерства и гинекологии, нейрохирургии и урологии, патологии сердечнососудистой системы, желудочно-кишечного тракта и т. д. н т. п.

Серьезные перспективы для научной и практической медицины сулят оптические методы обработки биомедицинской информации. Особенно, когда речь идет об обработке больших массивов данных в реальном масштабе времени. Сейчас появилась возможность решать задачи классификации и анализа поступающих двухмерных изображений и многоканальных электрических сигналов. Специальная оптика способна обнаруживать заданные особенности и фрагменты сложных изображений и сигналов, корректировать сопоставление диагностических показателей, полученных одновременно по нескольким каналам. Оптические методы — неоценимое подспорье в анализе рентгенограмм, электрокардио- и энцефалограмм и другой ценной диагностической информации. Резко сокращается время на обработку полученных данных, увеличивается надежность результатов их изучения, что позволяет автоматизировать сбор и анализ медицинской информации в целом.

Большие преимущества врачам дает волоконная оптика, с помощью которой можно, не вторгаясь в организм человека, наблюдать, как говорится, воочию болезнетворный очаг. Волоконно-оптический «световод», введенный, например, в желудок или легкое, позволяет словно на телеэкране увидеть любое место органа, пораженное злокачественной опухолью или иным недугом. Весьма эффективны и аппараты для прямого визуального исследования полостей головного мозга, а также приборы оперативного воздействия на пораженные участки лучом лазера, посланным по «световоду» непосредственно и точно в цель, минуя близлежащие здоровые ткани.

Перечень этот можно продолжить. Но, думается, и приведенные примеры достаточно зримо иллюстрируют, сколь плодотворно воздействует физика, одна из фундаментальных наук, на медицину, резко расширяя ее диагностические и лечебные возможности и эффективность.

А каково будущее медицинской электроники? Такой вопрос занимает не только специалистов, работающих в этой области. Желание заглянуть в будущее, предвидеть грядущие события - старо, как само человечество. Делать прогнозы всегда сложно. «Но любая даже самая точная наука, — заметил Станислав Леи, — развивается не только благодаря новым теориям и фактам, но и благодаря домыслам и надеждам ученых». И хотя «домыслы» и «надежды» — категории, весьма далекие от реального, попытаемся все же с их помощью заглянуть в будущее. И поможет нам в этом, конечно, электрон. Но сначала восстановим в памяти энциклопедическое определение электроники как науки. И убедимся, что в нем можно выделить четыре основополагающих постулата, составляющих прочный фундамент электроники. Это электрон, поле, энергия и информация. Эти же «кирпичи» лежат в основе медицинской электроники, обеспечивающей поиск новых методов предупреждения, распознавания и лечения болезней.

Широкая гамма различных электронных приборов обеспечивает, как мы в этом убедились, получение непрерывных электронных потоков и многообразное их применение. Подчас — самое неожиданное. Сибирские ученые открыли «явление взрывной электронной эмиссии». Удалось создать электронный поток огромной силы, испускаемый в течение одной миллиардной доли секунды и способный разрушать на своем пути самые твердые породы, превращая их в порошок... Казалось бы, причем тут медицина? Но взрывную электронную эмиссию использовали для создания малогабаритных рентгеновских трубок. С такой трубкой размером с карандаш громоздкую ныне рентгеновскую аппаратуру удастся разместить в небольших чемоданах. В недалеком будущем рентгеновский аппарат обретет миниатюрность, о чем давно мечтают врачи. Тогда трубка превратится в хирургический инструмент и сможет проникнуть в организм пациента, войдя в непосредственный контакт с опухолью. Уже первые образцы позволили с рекордно высокой точностью облучать отдельные участки тела, не затрагивая окружающую здоровую ткань.

Таковы перспективы рентгеновского, «жесткого» излучения. А что таит в себе «мягкое» сверхвысокочастотное (СВЧ) излучение в неосвоенном еще электроникой диапазоне электромагнитного поля с длиной волны от долей миллиметра до сантиметров? Ведь именно в этом диапазоне лежат частоты вибрационных и вращательных колебаний больших молекул, играющих существенную роль в функционировании организма. «Мягкие» СВЧ-лучи, не разрушая клетки, смогут активно и избирательно воздействовать на выбранные молекулы живой материи, регулирующие жизнедеятельность организмов. Как знать, может путем СВЧ облучения, резонансного для молекул злокачественных образований и не взаимодействующего со здоровыми клетками, удастся снайперски уничтожать злокачественные клетки в организме?

Физические методы, в частности облучение электромагнитными полями разного частотного диапазона, в будущем, безусловно, потеснят методы химического воздействия на организм. На смену многим лекарствам придут электромагнитные поля, генерирующие электрическую энергию. И это вполне закономерно. Ведь еще Гальвани показал, что электричество—непременный попутчик живого. Но ученым потребовалось еще двести лет, чтобы доказать это на клеточном уровне. Все процессы в клетке, снабжающие живой организм химической или механической энергией, происходят при участии электричества. Значит, в этих превращениях энергии участвует электрон. Энергетические ресурсы- клетки за счет движения электронов превращаются в электрическую форму энергии, переходящую в химическую, синтезирующую так называемую аденозинтрифосфорную кислоту (АТФ). Это экспериментально доказали советские ученые, подтвердив справедливость новой (хемиосмотической) гипотезы в биоэнергетике — науке, изучающей механизмы преобразования и аккумуляции энергии в живой клетке.

Теперь очевидно, что любые белковые преобразователи энергии в живых клетках представителей всех «трех. царств» живого — животных, растений и микроорганизмов — служат молекулярными генераторами электрического тока. И если Вольта, используя открытое Гальвани «животное» электричество, предложил химические источники тока, то биоэнергетика открывает перспективы создания источников питания, усилителей, вычислительных устройств, построенных из клеток. Цепи из живых клеток будут обладать способностью к самозаживлению. Их можно будет приживлять в качестве искусственного органа к другому организму, и они смогут существовать за счет его питательных веществ, не требуя каких-либо дополнительных источников питания. Причем приживлять не только к живым, но и неживым системам. Со временем, по-видимому, преобразованная энергия микроорганизмов, обитающих в морской среде, может быть использована для питания специальных промежуточных усилителей, смонтированных в трансконтинентальных кабелях передачи информации, проложенных по дну морей и океанов.

Давайте перенесемся в будущее и представим себе такую картину. В определенный день, точно в означенное время, человек включает домашнее медицинское оборудование, соединенное с местной поликлиникой телефонной и телевизионной связью. Датчики веса, кардиограммы, температуры и других показателей подключаются к аппаратуре автоматической обработки данных информационно-вычислительного центра поликлиники. Все эти сведения записываются автоматически, а врач, если захочет, может видеть обследуемого и беседовать с ним на расстоянии. Небольшой манжет на указательном пальце автоматически производит анализ крови по всем составляющим, необходимым для определения состояния здоровья пациента. Эти данные тщательно обрабатываются и сравниваются вычислительным устройством с результатами предыдущих лет. При обнаружении любого отклонения от нормы или тенденций, которые могут стать опасными, пациент получает совет прийти к врачу для дальнейшего более глубокого обследования и необходимого лечения.

Такое представление о «домашних осмотрах» будущего основывается на базе интенсивно развивающейся «функциональной электроники», которая даст возможность создавать миниатюрные стандартные функционально законченные компоненты ЭВМ последующих поколений. Например, ЭВМ пятого поколения будет обладать способностью собирать, обобщать, анализировать и классифицировать информацию, «слушать» и «понимать»  человека, синтезировать устную речь на различных языках. Наборы функциональных микрокомпонентов смогут автоматически управлять искусственными органами: сердцем, почками, желудком и даже печенью (искусственная печень уже существует, нет сомнения, что очередь за другими жизненно важными органами).

Машины, автоматизация, роботизация — это наше будущее. Но это «будущее оставляет мало надежд для тех, кто ожидает, что наши новые механические рабы создадут для нас. мир, в котором мы будем освобождены от необходимости мыслить, — писал «отец» кибернетики Норберт Винер. — Помочь они нам могут, но при условии, что наши честь и разум будут удовлетворять требованиям самой высокой морали. Мир будущего потребует еще более суровой борьбы против ограниченности нашего разума, он не позволит нам возлегать на ложе, ожидая появления наших роботов-рабов».

Медицина и электроника становятся все более неразделимы, являясь одним из наглядных примеров интеграции различных наук — общественных, естественных и технических. Производной этого симбиоза и стала медицинская электроника.

 

Подписная научно-популярная серия "Медицина", 1985/2


Добавить комментарий

Защитный код
Обновить

Copyright ©, МЕДИЦИНА Научно-популярный журнал, 2012-1018. Все права защищены.