Odborně-vzdělávací a zpravodajský portál z oblasti strojírenství a navazujících oborů
Články >> Letem technickým světem VI
Chcete dostávat MM Průmyslové spektrum ZDARMA až do Vaší schránky? Více informací zde.

Letem technickým světem VI

Každý den nás překvapuje zprávami z vědeckotechnické sféry, která je nám sice ve své podstatě blízká, ale přesto někdy v detailech vzdálená, protože stačíme sledovat jen svůj obor. V tomto letošním seriálu stíráme hranice úzkého zaměřeni a zlehka se dotkneme překvapivých novinek odjinud. Kdo chce vědět víc, snadno si podrobnosti najde.

ZÁZRAKY MODERNÍ MEDICÍNY

Možná, že by této zprávě spíš lépe slušel titulek Elektronika dělá v medicíně zázraky. Ve spolupráci s biologií. Vynikajícím příkladem je například zpráva vědeckého týmu z univerzity v Newcastlu, který vyvinul „vidící ruku“.

Pod tímto označením je protéza doplněná miniaturní kamerou, díky níž dokáže ruka automaticky zaujmout správnou polohu, když její uživatel uchopí určitý předmět. Kamera analyzuje předmět, na který se zaměří, a to pomocí tzv. hlubokého učení. Za tímto označením se skrývá bezesporu jedno z nejdiskutovanějších témat umělé inteligence. Tato oblast nazývaná deep learning, někdy se říká také strojové učení, je tedy postup, který umožňuje počítačům učit se samostatně , aniž by tento proces byl přímo řízen nějakým programem.

Výsledkem je tedy skutečnost, že protéza správně uchopí i předmět, se kterým se nikdy předtím nesetkala. „Vidící ruka“ může učinit tento pohyb rychleji a s menší potřebnou koncentrací – podobně jako při intuitivním uchopení intaktní rukou.

Jak uvedly vědecké časopisy, vědci dosáhli při prvních testech na dvou dobrovolnících od 80 % do 90 % bezchybných manipulací. Díky tréninku a dalšímu vývoji by mohl být systém dále zdokonalen a tím by se možnosti jeho uplatnění v běžné praxi dále rozšířily. Nasazením senzorů nové generace by tak zřejmě bylo možné takto řídit i jednotlivé prsty umělé ruky.


Ruka, která vidí

Ovšem senzory hrají důležitou roli v řadě medicínských aplikací už dnes. Dovedou například pomoci invalidům odpovědět na otázku: „Je to hrubé, nebo jemné?“ Na takový dotaz dokáže naše nepoškozená kůže rychle odpovědět. Ale znecitlivělá?

Pomocí senzoru vyvinutého na École polytechnique fédérale de Lausanne se vrací hmat i do poškozeného konečku prstu.


Pomocí senzoru se vrací hmat i do poškozeného konečku prstU.

Princip spočívá v tom, že se do zakončení necitlivého prstu vysílají elektrické impulzy prostřednictvím implantovaných tenkých drátků napojených na nervy ve zbytku ruky. Jak uvedla pokusná osoba, cítila přitom strukturu povrchu. Testovaly se plastové destičky i jiné materiály a výsledky byly pozitivní. Měření mozkových proudů ukázala, že vzruchy vyvolané v centrální nervové soustavě elektronicky mohou být zpracovávány podobně jako ty generované lidskými smysly.

Vědci a technici v mnoha světových pracovištích pracují soustavně na zlepšování umělých lidských orgánů, tedy aby byly lehčí, komfortnější a levnější. Jednou z velkých výzev je senzorická zpětná vazba signálů z protézy do mozku nositele.

Samozřejmě se odehrávají také pokusy s implantací senzorů či čipů přímo do mozku, ale to vyvolává také mnoho etických otázek – do jaké míry potom elektronika ovlivňuje osobnost pacienta? Boří se hranice mezi technikou a člověkem, což ovšem může mít pozitivní i negativní dopady.

Většina vědců a techniků je však optimisticky naladěna. Zvláště těch, kteří se zabývají neurotechnologiemi. Do této oblasti řadíme například hlubokou stimulaci mozku a rozhraní mozek–počítač otevírá nové terapeutické možnosti, jež byly dosud nemyslitelné.

Tuto vědeckou oblast nazývá Kristoffer Famm, viceprezident britského farmaceutického koncernu GlaxoSmithKline, elektroceutikou. Pod toto označení spadají například chemické látky, jež ovlivňují jednotlivé nervové buňky, ale i miniaturní mikroelektronické součástky, jež při své aplikaci umožňují lépe poznat pochody v lidském mozku. Od poznání je krok k ovládání a potom jen krůček k manipulaci.


BEZ DIGITALIZACE TO NEJDE

Digitalizace, jeden ze základních předpokladů průmyslové revoluce začátku 21. století, ovlivňuje všechny oblasti našeho života, a tedy i zdravotnictví. Ostatně hezky to dokumentoval letošní ročník průmyslového veletrhu v Hannoveru.

Například německá kancléřka Angela Merkelová, letos doprovázená Beatou Szydlovou, premiérkou Polska, jež bylo partnerskou zemí veletrhu, při zahajovací procházce vybranými expozicemi obdivovala nejmenší motory na světě. Na svém stánku je vystavovala společnost Faulhaber.


Německá kancléřka Angela Merkelová s polskou premiérkou Beatou Szydlovou obdivovaly nejmenší motory na světě.

Tato firma patří k předním inovátorům v oblasti pohonů – od robustních motorů v přistávacím modulu Philae kosmické sondy Rosetta přes servomotory v bionických protézách až k filigránovým mikropohonům s vnějším průměrem 1,9 mm, jež jsou technologickým základem minimálně invazivních srdečních pump.

Jiný doklad uvedl ve své expozici koncern Siemens. Především v jeho hardwarových skupinách nabývají na významu digitální aktivity, jež byly představeny pod heslem „Objevte svět digitálního podniku“.

Přímo v expozici ukazoval koncern na velkém modelu farmaceutického zařízení přednosti digitalizace. Výsledkem je individualizace medicíny, kdy jsou léky připravovány podle diagnózy konkrétního člověka.

Celý proces začíná v laboratoři při přípravě medikamentu. Zde je vítaným pomocníkem software pro analýzy Sipat, který umožňuje optimalizaci výroby zavedením kontinuální produkce. Celý řetězec úkonů od příjmu lékařského receptu čili objednávky přes přípravu medikamentu až po jeho výdej podléhá přísné dokumentaci a v případě personalizace je doprovázen ještě zdvojenou kontrolou. Siemens vyvinul bezpapírovou metodu, jež snižuje náklady, urychluje výrobu, zkracuje dobu potřebnou pro dodání léku pacientovi, aniž by byly sníženy nároky na předepsanou dokumentaci.

Příkladem je léčení nádorů. Lékař diagnostikuje druh onemocnění a podle rozsahu postižení a celkového zdravotního stavu nemocného předepíše léčbu léky odpovídající potřebě konkrétního pacienta. Na veletrhu firma ukázala řešení vypracované ve spolupráci s biotechnologickou firmou BioNTech, která se specializuje na individuální imunologické terapie rakoviny.

V multidisciplinární spolupráci fyziky a chemie mohou vývojáři v technologických laboratořích pracovat na inteligentních materiálech, jež by měly optimalizovat medicínskou techniku. Jedno z výzkumných pracovišť zabývajících se touto tematikou je umístěno na univerzitě v Kielu. Zaměřuje se především na nanotechnologie.
Digitalizace se uplatňuje také v analytických přístrojích. Výsledkem je fakt, že rakouský biochemik Oliver Hayden spolu s Holanďanem Janem van den Boogaartem byli nominováni na Evropskou cenu za nejlepší vynález. Jsou totiž autory testu na spolehlivou diagnózu malárie. Evropský patentový úřad ocenění, které uděluje od roku 2006, předal 15. června v Benátkách.

Podle Světové zdravotnické organizace bylo v roce 2015 na světě asi 215 milionů lidí infikováno malárií a téměř půl milionu jich na ni zemřelo. Doposud neexistuje automatizovaný krevní test pro diagnostiku tropických nemocí, takže je detekováno jen 10 % všech infekcí.

Hayden a Van den Boogaart se zaměřili na identifikaci specifických onemocnění způsobených změnami v krvi pacientů. Ti, u nichž se snížil počet krevních destiček (trombocytů), onemocněli malárií. To samo o sobě by asi nebylo dostačující pro stanovení diagnózy. Avšak kombinací 30 různých hodnot byli vědci schopni vytvořit jakýsi „otisk prstu“ malárie, tedy komplex příznaků, který umožňuje diagnostikovat nemoc s jistotou 97 procent. Vědci kontaktovali výzkumný tým společnosti Siemens ve Vídni, která pracuje v oblasti biosenzorů, a vyvinuli specifický algoritmus pro malárii, který integrovali do krevního skeneru divize Siemens Medical Healthineers. Výsledkem je automatizovaná metoda, která umožňuje snadnou diagnostiku s nižšími náklady než dosud. Mezitím se oba výzkumníci zaměřili na automatizovanou diagnostiku leukémie.


PRO ZÁCHRANU ŽIVOTA

Hodinky Apple Watch mají potenciál stát se „zachráncem životů“. Mají totiž zabudovaný snímač pulzu s extrémní přesností, který rozezná s 97% pravděpodobností poruchy srdečního rytmu.

Toto zjištění vychází ze studie University of California, jejíž vědecký tým App Cardiogram testoval 6 158 nositelů hodinek Apple Watch. Většina z nich měla normální funkci srdce a bezvadný EKG, ale 200 z nich se zúčastnilo testů s diagnózou poruchy srdečního rytmu. Na základě zjištěných dat, jež tým získal pomocí Apple Watch – tedy celkem 139 milionů měření srdeční frekvence a 6 338 záznamů EKG – trénovali vědci neuronovou síť, aby se naučila rozpoznávat poruchy srdečního rytmu.


Hodinky zachraňují život

Výsledky ukázaly, že by hodinky mohly sloužit obdobně jako implantabilní kardiovertery-defibrilátory, jež se voperovávají pacientům s rizikem náhlé srdeční smrti, a to podobným způsobem jako pacemakery. Permanentně monitorují pacientovu srdeční činnost, a pokud detekují maligní arytmii, vyšlou výboj.

Defibrilace je vlastně elektrická terapeutická metoda, která slouží ke zvrácení maligních srdečních arytmií (fibrilace komor, flutter komor a hemodynamicky významná setrvalá komorová tachykardie s bezvědomím), jež by bez zásahu nevyhnutelně vedly ke smrti. Princip spočívá v průchodu elektrického výboje pacientovým myokardem, který způsobí depolarizaci všech jeho vláken, po níž by se měl obnovit správný rytmus.

Karel Sedláček

Sedlacek.Kar@seznam.cz

Další články

Inovace
Strojírenství v lékařství
Zajímavosti ve vědě a technice
Výzkum/ vývoj

Komentáře

Nebyly nalezeny žádné příspěvky

Sledujte nás na sociálních sítích: