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 Международная команда археологов обнаружила в Крыму инструмент неандертальца, с помощью которого он чертил линии и, вероятно, даже создавал рисунки. Этот предмет — еще одно весомое доказательство того, что некоторые группы неандертальцев использовали цветные пигменты в создании символических изображений. Такое поведение ранее считали исключительной особенностью сапиенсов.
После ночи без сна человеку зачастую сложно выполнить простейшую бытовую задачу, ведь его мысли путаются, а концентрация внимания нарушается на несколько секунд. Почему? Авторы нового исследования предположили, что в такие моменты человеческий мозг занят важной «уборкой». Он запускает процесс «мойки», который обычно происходит во сне, и эта экстренная процедура временно отключает внимание.
Некоторые люди могут длительно носить в кишечнике большое количество бактерий кишечной палочки устойчивого ко многим антибиотикам штамма Escherichia coli sequence type 131 (ST131). При этом сами они не заболевают, но передают его своим домашним, выяснила группа инфекционистов из Сингапура.
Исследователи объяснили, как цивилизация майя добивалась высокой точности в предсказании солнечных затмений на протяжении столетий. Для коррекции накапливающихся астрономических неточностей они использовали сложную систему пересекающихся календарных таблиц.
Ежедневно, еще до восхода солнца, миллионы птиц по всей планете наполняют воздух своими голосами. Этот рассветный концерт — одно из самых красивых и загадочных явлений природы. Почему пернатые певцы предпочитают встречать день именно так? Авторы нового исследования предложили простой ответ: птицы не могут иначе. Ночь заставляет их молчать, а утро дает долгожданную свободу, выплескивающуюся в бурном и страстном хоре.
По расчетам ученых, для высокоразвитой внеземной цивилизации самым разумным было бы обосноваться у самого центра Млечного Пути, на близкой орбите вокруг сверхмассивной черной дыры: там эффект замедления времени позволяет облететь и исследовать Галактику в кратчайшие сроки.
Проанализировав данные наблюдений, полученных с помощью наземных обсерваторий за последние два десятилетия, астрономы обнаружили потенциально обитаемый мир — суперземлю Gliese 251 c (GJ 251 с). Планета обращается вокруг красного карлика на расстоянии около 18 световых лет от Земли и считается одним из самых перспективных кандидатов для поисков жизни.
Согласно новой гипотезе, сознание возникает не только из-за активности нейронов, но и благодаря физическим процессам — электромагнитным полям от движения жидкости в мозге. Эта модель, как и ее предшественники, пока носит теоретический характер, но предлагает нестандартный взгляд на проблему синхронизации работы разных отделов мозга.
В современном доме, насыщенном разнообразной техникой, удлинители стали незаменимым атрибутом, позволяющим обеспечить электропитанием все необходимые устройства. Однако мало кто задумывается, что привычное использование этого аксессуара может нести серьезную угрозу безопасности. По статистике, значительная часть бытовых пожаров происходит из-за неправильной эксплуатации электропроводки и вспомогательных устройств. Какие приборы категорически нельзя подключать через удлинители и почему это может привести к трагическим последствиям, рассказывает профессор кафедры наноэлектроники РТУ МИРЭА, доктор физико-математических наук Алексей Юрасов.
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