Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
Новая технология в два раза улучшит освещение при операциях
С 2020 по 2024 год количество хирургических операций в России выросло на 34% (с 13,5 до 18,1 миллиона). В современных операциях вместо ламп все чаще используют оптоволокно, но неравномерное распределение света ухудшает видимость и повышает риски для пациентов. Ученые Пермского Политеха разработали математическую модель, которая оптимизирует светораспределение в волокне, повышая эффективность освещения в два раза. Это сделает операции точнее и безопаснее.
Согласно данным РБК, в период с 2020 по 2024 год количество хирургических операций в российских стационарах увеличилось на 34% — с 13,5 до 18,1 миллиона. Чаще всего вмешательства проводятся в областях сердечно-сосудистой хирургии, травматологии, ортопедии, нейрохирургии, урологии и онкологии. В современных операциях вместо обычных ламп все чаще используют оптоволокно — тонкий «световод», который позволяет освещать труднодоступные участки, например, области за органами или узкие каналы при эндоскопии. Однако у этого метода есть проблема: из-за особенностей строения оптоволокна свет распределяется неравномерно. Это ухудшает видимость во время операции и повышает риск повреждения сосудов или нервов. Кроме того, неравномерное распределение света может привести к локальному перегреву тканей.
Чтобы решить эту проблему, ученые Пермского Политеха разработали математическую модель, которая оценивает равномерность и мощность светового излучения вдоль оптоволокна. Благодаря этому можно вдвое повысить эффективность освещения во время операций. Разработка пригодится в медицинских зондах для хирургических вмешательств, где требуется точное освещение, а также в волоконно-оптических датчиках. Это поможет хирургам работать точнее и безопаснее, снижая риски для пациентов.
Статья опубликована в журнале Photonics. Исследование выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030» при поддержке Российского научного фонда и Министерства науки и высшего образования РФ.
В современной медицине, особенно в хирургии, не обойтись без оптоволокна – тонких нитей из кварцевого стекла, которые проводят свет. По данным аналитиков, спрос на него стремительно растет: рынок ежегодно увеличивается на 8–9%.
Во время хирургических вмешательств медицинское оптоволокно помещают в организм через микроразрезы для точного освещения операбельной зоны. В отличие от обычных ламп оно не нагревается, гнется как проволока и доставляет свет в конкретную область. Такая технология особенно востребована в гастроэнтерологии, урологии, эндоскопии (осмотре внутренних органов), лазерной хирургии и лечении опухолей светом.
Проблема оптических волокон в том, что неправильный подбор их характеристик влияет на рассеяние лучей. Это особенно критично в хирургии: если освещение распределяется с перепадами яркости, врач плохо видит некоторые участки в операционном поле. Определить границы тканей, сосудов или опухолей становится куда труднее. В эндоскопических процедурах это приводит к появлению бликов, теней и «слепых зон» на мониторе, из-за чего можно пропустить критически важные детали, например, начавшееся кровотечение или границы новообразования. При лазерных операциях неравномерное распределение световой энергии вызывает локальные перегревы, и вместо аккуратного разреза хирург рискует обжечь здоровые ткани. Именно поэтому очень важно обеспечить равномерный световой поток и свести подобные риски к минимуму.
В разработке ученых Пермского Политеха за рассеяние света отвечает структура из микрополостей разной формы, которая специально создается в оптоволокне путем оптического пробоя, то есть лазерными импульсами. Как правило, они бывают трех видов: овальные (эллиптические), круглые (сферические) и пулеобразные. Их форма, диаметр и периодичность расположения напрямую влияют на эффективность освещения.
Эксперты ПНИПУ создали математическую модель, которая предсказывает поведение света в оптическом волокне с микрополостями разного типа. Они разработали его виртуальную копию и с помощью программы рассчитали, как размер, форма и расположение этих полостей влияют на распределение лучей.
– С помощью нашей модели мы определили оптимальные параметры полостей в медицинском оптоволокне. Например, для сферических – лучшие результаты показали диаметры 3,6–4,4 мкм (микрометров) и 7,5–8,0 мкм с периодом 12,76 мкм. Для эллиптических – длины 10–12 мкм и диаметры 5,0–6,6 мкм. Эти характеристики обеспечивают максимально равномерное распределение света без значительных потерь мощности, – комментирует Анатолий Перминов, заведующий кафедрой «Общая физика» ПНИПУ, доктор физико-математических наук.
Так, оптимизированные микрополости в медицинском оптоволокне позволяют точно адаптировать световое воздействие под конкретные задачи. Например, сферические 3,6–4,4 мкм идеальны для высокоточных офтальмологических и онкологических операций, 7,5–8,0 мкм — для эндоскопии с равномерным освещением, а эллиптические (10–12 мкм или 5–6,6 мкм) эффективны в фотодинамической терапии рака. Такой размер и расположение микрополостей в волноводе позволят равномерно распределять свет по оперируемой зоне, что исключит риск ошибок во время хирургических вмешательств.
Математическая модель, созданная учеными Пермского Политеха, позволяет в два раза повысить эффективность оптоволоконного рассеивателя. Разработка улучшает существующие технологии и закладывает фундамент для будущих исследований в области оптики и фотоники.
Telegram 
Дзен 
VK Биологи использовали данные отлова змей за 22 года, чтобы объяснить появление редких ядовитых рептилий в засушливых и нетипичных для них районах штата Гоа. Анализ показал, что королевские кобры Западных Гат используют железнодорожную сеть как скоростной коридор для расселения, случайно путешествуя в товарных вагонах из родных лесов к побережью.
Ученые Института истории материальной культуры РАН и Алтайского государственного университета в ходе исследований могильника эпохи раннего средневековья на реке Чумыш в Алтайском крае обнаружили необычную бронзовую бляху с изображением трех медведей. Находка, датируемая VII–VIII веками нашей эры, свидетельствует о сложных процессах культурного взаимодействия на территории Южной Сибири в эпоху становления Тюркских каганатов.
Яркий надувной тюбинг, в народе прозванный «ватрушкой», стал символом зимнего отдыха. Он кажется удобным, мягким и потому — безопасным. Это ощущение обманчиво и ежегодно приводит к тысячам серьезных травм. В чем же кроется фундаментальная опасность этого популярного развлечения? На этот вопрос для нашего издания ответил Олег Рубан, кандидат технических наук, доцент кафедры физики РТУ МИРЭА, объяснив, почему законы физики превращают безобидный на вид тюбинг в неуправляемый снаряд.
Международная команда палеонтологов описала новый вид динозавра размером с крупную современную птицу. Он носил на голове плотный костяной нарост, который эти животные, возможно, использовали для внутривидовых разборок. Находка показывает, что даже мелкие хищники мелового периода могли решать конфликты не только когтями и зубами, но и ударами головой.
Некоторые исследователи предполагали, что по мере исчезновения морского льда белые медведи потеряют кормовую базу и начнут умирать от истощения. Однако их популяция, живущая в районе максимального исчезновения морского льда, напротив, существенно прибавила в весе.
Биологи использовали данные отлова змей за 22 года, чтобы объяснить появление редких ядовитых рептилий в засушливых и нетипичных для них районах штата Гоа. Анализ показал, что королевские кобры Западных Гат используют железнодорожную сеть как скоростной коридор для расселения, случайно путешествуя в товарных вагонах из родных лесов к побережью.
От рыб произошли все наземные позвоночные, включая нас, но как именно рыбы стали главным населением морей — до последнего времени оставалось неясным. Авторы новой научной работы попытались доказать, что причиной этого было вымирание, возможно, вызванное белыми ночами.
Международная команда палеонтологов описала новый вид динозавра размером с крупную современную птицу. Он носил на голове плотный костяной нарост, который эти животные, возможно, использовали для внутривидовых разборок. Находка показывает, что даже мелкие хищники мелового периода могли решать конфликты не только когтями и зубами, но и ударами головой.
Образцы грунта, взятые астронавтами полвека назад, вложили еще один важный кирпич в здание научной картины мира: гипотеза о том, что Земля исходно была сухой, не стыкуется с фактами. Похоже, идею о невозможности сохранения большого количества воды на «теплых» планетах придется пересмотреть.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно