Лучшие медицинские технологии 2018 года

2018 год уже давно завершился, и уже можно рассказать о тех новинках, которые – по нашему мнению – были наиболее заметными событиями в области медицинских технологий.

Мы принимали во внимание клиническую важность технологии, величину прогресса в сравнении с уже существовавшими решениями, а также ожидания того, как она будет принята врачами и медсестрами. Кроме того, мы придаем большое значение новизне, красоте инженерных решений, и тому, как новая технология делает возможным почти невероятные в недалеком прошлом вещи.

Таким образом, мы с радостью включаем в список наших победителей возможно и не самые полезные технологии, если они поражают наше воображение или открывают новые возможности в будущем.

Виртуальная и дополненная реальности

Технологии виртуальной и дополненной реальности позволяют учиться и взаимодействовать с человеческим телом неожиданными способами. В этом году гарнитура дополненной реальности Microsoft HoloLens использовалась хирургами в Имперском колледже Лондона, чтобы помочь восстановить поврежденные кровеносные сосуды. В детской больнице в Англии Alder Hey также внедряется применение HoloLens, чтобы дать хирургам возможность просматривать изображения и другие данные пациента во время хирургического вмешательства, не отвлекаясь от операционного поля.

Беспилотники с дистанционным управлением в сочетании с технологией дополненной реальности могут позволить профессионалам помогать обычным людям оказывать помощь травмированным пациентам.

Недавно выпущенный хирургический микроскоп Leica GLOW800 с дополненной реальностью сочетает в себе рентгеноскопию и естественное цветовое зрение, что значительно упрощает визуализацию сосудистого потока, помеченного флуоресцентными маркерами, чем использование двух разных систем визуализации.

Доставка препаратов

Еще несколько лет назад под доставкой препаратов просто понимали проглатывание таблетки. В настоящее время это огромная область научных исследований, которая позволит клиницистам обходить защитные механизмы организма для лечения ранее не поддающихся терапии заболеваний и даже автоматизировать лечение, вводя пациентам медикаменты при возникновении определенных измеряемых параметров.

Умная электронная таблетка на основе Bluetooth-технологии, разработанная в Массачусетском технологическом институте, может находиться в желудке более месяца, выделяя лекарственное средство по мере необходимости. В конце концов она распадается на части и покидает организм, не оставляя никаких последствий своего присутствия.

Для сердца, страдающего от инфаркта миокарда, могут быть полезными ряд медицинских препаратов, но их обычно вводят с помощью инъекций, из-за чего они влияют на весь организм. Команда исследователей из США и Ирландии разработала устройство, которое можно использовать для доставки препаратов непосредственно в поврежденную область сердца. Один конец устройства прикреплен к сердцу, а другой конец — инъекционный порт – проходит через кожу. Для введения лекарств через порт в поврежденную область сердца может использоваться шприц.

С точки зрения доставки лекарств, глаза так же сложны, как и сердце. Глаза смывают все, что попадает на их поверхность, и имеют ряд защитных факторов, препятствующих проникновению внутрь различных веществ. Система введения лекарств с помощью ионтофореза EyeGate II для постепенного проникновения ионизированных молекул лекарственного средства внутрь глазного яблока использует электрический ток.

Один электрод помещается на лоб пациента, а второй – находится внутри специального аппликатора. Аппликатор ионизирует молекулы лекарственного средства, в то время как электрический ток, протекающий между электродами, переносит с собой и ионизированные частицы препарата.

Искусственный интеллект и автоматическая диагностика заболеваний

Искусственный интеллект (ИИ) и связанные с ним технологии начинают оказывать реальное влияние на медицину. Есть надежда, что ИИ поможет восполнить нехватку врачей, которая, как ожидается, будет расти в ближайшие десятилетия, особенно в радиологии, патологии, офтальмологии и других областях медицины.

В 2018 году FDA выдало первое разрешение для системы, которая может самостоятельно диагностировать заболевание. Система IDx-DR компании IDx (Коралвилль, США) может самостоятельно выявлять диабетическую ретинопатию без необходимости каждый раз проходить проверку у квалифицированного врача.

Система предназначена для врачей общей практики и других врачей, которые регулярно имеют дело с больными диабетом, и никаким образом не предназначена для замены офтальмологов. Ее использование облегчает скрининг. Есть надежда, что это поможет большему количеству пациентов начать лечение на ранней стадии прогрессирования заболевания.

Известно, что увеличенная плотность ткани молочных желез приводит к повышению риска возникновения рака груди. Существуют технологии, которые могут помочь обнаружить патологические изменения в молочных железах с повышенной плотностью ткани.

Чтобы убедиться, что диагностический процесс у женщин проходит верно, исследователи из Массачусетского технологического института и Массачусетской больницы общего профиля разработали автоматизированную систему, которая оценивает плотность груди на маммограммах. Этой системе требуются необработанные томографические данные с маммографа, в которых она просто оценивает плотность ткани молочной железы при каждом сканировании.

Чтобы узнавать, как выглядит грудь с повышенной плотностью ткани, система была обучена с использованием почти 60 000 маммографических изображений, которые уже использовались в реальных случаях и были описаны рентгенологом.

Глаза и контактные линзы

Интересные разработки происходят в области офтальмологии и ухода за глазами. Компания Johnson & Johnson получила разрешение на первые в мире переходные (фотохромные) контактные линзы. Очки с фотохромными линзами используются уже десятки лет, но контактные линзы Acuvue Oasys с технологией Transitions Light Intelligent являются первыми контактыми линзами, автоматически темнеющими в очень ярких условиях внешней среды.

Исследователи в Южной Корее разработали контактные линзы, которые могут измерять глюкозу и внутриглазное давление. Линза мягкая и удобная, а также прозрачная благодаря новаторскому применению встроенных в нее графеновых и металлических нанопроводков, которые также служат датчиками.

Технология все еще требует совершенствования, а уровень глюкозы в слезах не отвечает напрямую уровню глюкозы в крови. Тем не менее, уже в недалеком будущем может появиться возможность мониторинга многочисленных заболеваний и наблюдения за состоянием здоровья с помощью контактных линз.

Аналогичная разработка была представлена командой ученых из Университета Пердью, создавшая контактную линзу, которая может измерять глюкозу, pH и лактат в глазном яблоке. Исследователи смогли интегрировать тонкопленочные датчики в имеющуюся в продаже мягкую контактную линзу, в результате чего устройство уже практически готово к работе.

FDA одобрило CustomFlex Artificial Iris – искусственную радужную оболочку, разработанную немецкой компанией HumanOptics. Устройство представляет собой гибкую силиконовую мембрану, которая складывается и вводится через небольшой разрез в глазу, а затем раскрывается на месте. Клинические исследования показали, что CustomFlex Artificial Iris очень эффективно помогает людям с различными дефектами радужной оболочки.

Искусственные роговицы, полученные с помощью 3D-печати и засеянные стволовыми клетками, которые были разработаны учеными из Университета Ньюкасла в Великобритании, могут помочь решить проблему хронической нехватки донорских роговиц. Искусственные роговицы сделаны из комбинации альгината, коллагена и стволовых клеток человека, которые потом превращаются в стромальные клетки роговицы.

Визуализация и микроскопия

Наша способность более детально рассматривать человеческое тело дает нам возможность быстрее справляться с болезнями, легче диагностировать то, что раньше было трудным, и понимать многие процессы, которые регулируют нашу физическую жизнь. В этом году мы увидели новые и впечатляющие достижения в этой обширной области.

Компания Philips, к удивлению многих, выпустила МРТ-сканер, который почти не использует гелий для охлаждения магнитов. Гелий, хотя и не очень редкий, часто в дефиците. МРТ-сканеры являются крупнейшими потребителями гелия, поэтому чем меньше они его используют, тем лучше. Более того, наличие гелия внутри сканера создает потенциальную угрозу безопасности и возможность его утечки. В новом МРТ-сканере Ingenia Ambition X 1.5T MR это невозможно, поэтому из-за отсутствия гелия система не имеет даже традиционного вытяжного вентиляционного отверстия.

МРТ-сканеры обычно представляют собой большие стационарные устройства с отверстием в центре. Как правило, с их помощью нельзя хорошо оценить движения суставов, так как внутри обычного МРТ-сканера нельзя ходить, прыгать или иным образом двигаться. Инженеры компании NYU Langone Health создали переносной МРТ-детектор, который может визуализировать движущиеся суставы, обеспечивая новую и очень полезную возможность обследования наших мышц и костей.

Ультразвук теперь также оптимизирован для обследования маленьких суставов благодаря ультразвуковому пластырю, разработанному в Университете Калифорнии в Сан-Диего. Это устройство очень гибкое, оно может приспосабливать свою форму изгибам пальцев рук или ног. Ультразвуковой пластырь имеет 100 пьезоэлектрических преобразователей, которые работают в унисон, чтобы создать трехмерную картину структур под обследуемой поверхностью.

Это устройство можно использовать для диагностики заболеваний, таких как нарушения сердечного ритма с перемежающимися симптомами, эмболия, а также измерять частоту сердечных сокращений и движения плода.

Такое устройство, также от Университета Калифорнии, может использоваться для измерения центрального артериального и венозного давления.

Сотрудничество исследователей из Медицинского института Говарда Хьюза, Гарварда, Университета в Стоуни-Брук, Калифорнийского технологического института и Калифорнийского университета в Беркли привело к созданию удивительного нового микроскопа, который может смотреть сквозь клетки в живых тканях.

Действие устройства основано на методике, называемой решетчатой микроскопией, которая включает в себя пропуск плоскости света через ткани. Луч света достаточно силен, чтобы визуализировать внутренние части отдельных клеток, но поскольку он сфокусирован на очень узком слое, он, по-видимому, не нарушает происходящие внутренние клеточные процессы.

Магнитоэнцефалография (МЭГ) позволяет нам видеть электрическую активность в мозге, но устройства, которые могут это делать, называемые СКВИДами (от англ. SQUID – сверхпроводящие квантовые интерференционные устройства), огромны и тяжелы. Это делает невозможным использование МЭГ для изучения двигающихся людей.

Сотрудникам из Ноттингемского университета и Лондонского университетского колледжа удалось создать одеваемый на голову, легкий и удобный магнитометр, который даст возможность использовать МЭГ для целого ряда новых клинических исследований функционирования головного мозг.

Артериальное давление

Компания Omron представила первые в мире умные часы, способные измерять артериальное давление прямо на запястье. Часы HeartGuide позволят практически любому человеку следить за артериальным давлением без необходимости носить с собой громоздкий тонометр. Впервые мы получили возможность увидеть HeartGuide на выставке CES в 2017 году.

Сахарный диабет

Диабет по-прежнему поражает миллионы людей, но в последнее время появляется много новых технологий, которые улучшают контроль над этим заболеванием. Существует надежда на непрерывное лечение различных видов сахарного диабета с помощью создания искусственной поджелудочной железы, которая может автоматически регулировать уровень глюкозы в крови.

FDA одобрило POPS! one System для тестирования уровня глюкозы на ходу. Устройство прикрепляется к задней части смартфона и включает в себя ланцет (скарификатор), сенсорный порт, который измеряет уровень глюкозы в крови, и все остальное, что нужно для получения результатов в течение примерно 30 секунд. После завершения тестирования результат доступен для просмотра в прилагаемом приложении для смартфона.

Если уколы пальца – Ваша главная проблема, глюкометр непрерывного действия Dexcom G6 больше в них не нуждается. Он калибруется автоматически и практически не требует никаких действий пациента, как предыдущие глюкометры непрерывного мониторинга уровня сахара в крови, которые нужно было ежедневно калибровать повторно.

Исследователи из Массачусетского технологического института работают над неинвазивным глюкометром. Они уже показывают довольно хорошие результаты в раннем тестировании. Хотя мы и регулярно слышим о неинвазивных глюкометрах, которые вот-вот появятся, технология MIT действительно впечатляет.

Кожный пластырь, разработанный в Университете Бата в Англии, способен всасывать глюкозу из интерстициальной жидкости в коже и измерить ее без фактического исследования самой крови. Тем не менее, еще предстоит проделать работу по корреляции уровня глюкозы в крови с измерениями, проводимыми в коже.

Исследователи из Массачусетского технологического института разработали устройство, которое может поддерживать жизнеспособность островков поджелудочной железы после имплантации в организм. Сотрудники из Университета Корнелла, компании Novo Nordisk и Медицинской школы Мичиганского университета разработали собственный имплантат, содержащий живые клетки поджелудочной железы. Оба устройства кажутся очень интересными и могут вскоре привести к внедрению искусственной поджелудочной железы в клиническую практику.

Хирургия, имплантаты, сосудистая терапия

Британская фирма CMR Surgical представила роботизированную хирургическую систему Versius, одного из немногих конкурентов Da Vinci от компании Intuitive Surgical. Versius является модульным устройством, его можно перемещать между различными операционными залами, а главное – он недорогой.

Невероятно чувствительная дрель, разработанная для доступа к среднему уху и использующая искусственный интеллект для гарантии сверления только нужных тканей, была разработана в Университете Брунеля в Лондоне, Великобритания.

Она настолько нежна, что ее можно использовать для просверливания яичной скорлупы, не повреждая мембрану внизу.

Стенты и потокоперенаправляющие устройства сотворили чудеса в области миниинвазивной сосудистой хирургии, но иногда их применение приводит к возникновению осложнений, которые трудно обнаружить сразу же после имплантации.

Инженеры из Университета Британской Колумбии в Канаде разработали стент, который способен контролировать проходящий через него кровоток и выявлять рестеноз на ранних стадиях его развития.

Группа исследователей из ряда учреждений создала потокоперенаправляющее устройство гемодинамическим датчиком, предназначенным для оценки эффективности лечения аневризмы.

В университете Висконсин-Мэдисон ученые создали и протестировали электронный имплантат, который стимулирует желудок, чтобы создать ощущение сытости. Когда пища попадает в желудок, имплантат посылает электрический ток через блуждающий нерв и продолжает делать это еще долго после завершения поступления еды.

Это создает у мозга впечатление, что в желудок поступило гораздо больше пищи, чем на самом деле. Исследование, проведенное на лабораторных крысах, продемонстрировало снижение веса на 40% по сравнению с контрольной группой.

Инвалидность и паралич

В то время, как в прошлые годы мы видели, что люди с тяжелым травмами спинного мозга самостоятельно двигали ногами, в 2018 году некоторые парализованные действительно могли ходить. Интересным моментом стала целенаправленная и хорошо подобранная стимуляция спинного мозга. Оказывается, что такую терапию можно сделать эффективной еще долго после прекращения стимуляции.

Исследователи из Университета Луисвилля в штате Кентукки сочетают эпидуральную стимуляцию спинного мозга с одновременной тренировкой на беговой дорожке, что позволило четырем ранее парализованным людям самостоятельно стоять.

Двое из этих людей теперь могут ходить, используя обычный ходунки. Подобный результат был достигнут клиническими исследователями в клинике Майо и Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе.

В Политехнической школе Лозанны в Швейцарии три человека с серьезными травмами спинного мозга смогли ходить и даже двигать ногами вообще без какой-либо электрической стимуляции. Хотя в исследовании использовались костыли или ходунки, по крайней мере один из участников смог сделать несколько шагов, вообще не держась за что-либо.

Не совсем понятно, как это работает, но кажется, что нервы могут возобновлять свой рост в ответ на очень хорошо подобранную электрическую стимуляцию.

Протезы, электронная кожа и гибкая электроника

Люди с отсутствующими или плохо функционирующими конечностями скоро смогут использовать легкие, мощные и интуитивно отзывчивые протезы и другие вспомогательные устройства. Вскоре мы сможем даже увидеть коммерческие протезы, которые дают своим владельцам ощущение осязания. Однако есть и другие, часто неожиданные, технологии, которые разрабатываются, чтобы помочь людям с самыми разными проблемами со здоровьем.

Болезнь Альцгеймера и другие заболевания головного мозга могут оказать сильное влияние на систему памяти. Исследователи из баптистского медицинского центра Уэйк Форест и Университета Южной Калифорнии создали мозговой протез, который может точно возбуждать группы нейронов в гиппокампе, где создаются наши воспоминания. Устройство было успешно протестировано на пациентах-добровольцах с эпилепсией, которым предстояла операция на головном мозге. После использования имплантата участники продемонстрировали заметное увеличение удержания памяти на 35%.

Исследователи из Стэнфордского университета создали эластичную электронную оболочку, которая может наделить протезы ощущением осязания.

Например, электронная кожа может быть плотно обернута вокруг протеза руки; она настолько чувствительна, что может обнаруживать отдельные шаги насекомого, ползущего по его поверхности.

Исследователи из Университета Джона Хопкинса разработали электронную кожу, которую они называют «e-dermis».

Эта кожа имеет крошечные тактильные датчики, подключенные через компьютер к существующим периферическим нервам пациента.

Эта технология уже была опробована на пациенте с использованием бионического протеза руки от британской фирмы RSLSteeper. Человек мог определять форму различных предметов и даже чувствовал боль, которая заставляла его отдергивать руку, касаясь острых предметов.