V tomto díle Aktualit z fyziky se týkají především (ale nejen) oblasti medicíny. Podíváme se, jak může akustický vlečný paprsek posloužit při řízení pohybů léků v kapslích v lidském těle a jak může detektor protonů přispět při léčení nádorových onemocnění.
Akustický vlečný paprsek
Američtí a britští fyzici vytvořili akustický vlečný paprsek, který je schopen táhnout objekty působením akustického vlnění. K vytvoření nového vlečného paprsku použili ultrazvukový systém, který se běžně používá v nemocnicích k rozrušování nádorů fokusovaným paprskem intenzivního zvuku.
Technika využívá ostřelování trojúhelníkového cíle dvěma paprsky ultrazvukových vln směrem nahoru pod úhlem 51o z obou stran ve vertikálním směru. Cíl je tvarován tak, že se paprsky odrážejí od protilehlých stran trojúhelníku, což způsobuje, že odražený zvuk putuje přímo směrem nahoru. Pro tuto techniku je ideální použití dvou Besselových paprsků s kruhovým čelem vlny, která se stáčí kolem směru šíření a nese tak úhlový moment. Jakmile čelo vlny zasáhne cíl, úhlový moment je přesměrován a větší část se odráží směrem nahoru. To dává vznik síle, která působí na trojúhelník směrem dolů k rovině a obsahuje oba zdroje ultrazvuku.
I když vědci nebyli schopni vytvořit ideální Besselovy paprsky, aproximovali je použitím pole komerčních zdrojů ultrazvuku určených pro ultrazvukovou chirurgii. Vytvořili vlečný paprsek v nádobě s vodou, použili ultrazvuk o frekvenci 550 kHz a soustavu upravili tak, že byl cílový objekt tažen dolů. Naměřili vertikální tažnou sílu kolem 1 mN.
Pokud jde o praktické aplikace, ty nejsou omezeny pouze na trojúhelníkové objekty. Technika bude mít široké uplatnění v medicíně včetně oblasti manipulace s různými objekty, kapalinami a tkáněmi uvnitř těla. Vlečný paprsek by se dal například použít k dopravě léků v kapslích na konkrétní místo v těle. A protože technika využívá zařízení, která se už v medicíně běžně používají, fyzici věří, že by technika vlečného paprsku využitím ultrazvuku mohla fungovat v praxi už velmi brzy.
Využití se ale nenabízí pouze v medicíně. Akustický vlečný paprsek může pohybovat daleko většími předměty než jeho optický ekvivalent a může být použit i pro vzdálené objekty. Nabízí se užití například při sbírání vzorků prachu a jiných malých částic z nebezpečných a těžko dostupných míst pro monitorování prostředí (v geofyzice například v sopečných kráterech), při atmosférickém testování a v mnohých dalších případech.
(Zdroj)
Detektor protonů
Nový detektor, který může zlepšit efektivnost protonové terapie nádorových onemocnění, vyvinuli fyzici z Velké Británie a Jižní Afriky. Protony jsou ideální k léčení některých nádorů, protože jsou schopny odevzdat většinu své energie v přesně určené hloubce, která závisí na jejich počáteční energii. Protony jsou navíc schopny rozrušit nádor, aniž by příliš poškodily zdravou tkáň, kterou procházejí. Před tím, než je pacient podroben protonové terapii, musí fyzici spočítat příslušnou radiační dávku. Obvykle se to dělá pomocí zavedené počítačové tomografie (CT). V tomto výpočtu se ale mohou vyskytnout nepřesnosti, a tak lékaři i fyzici pátrají po lepší metodě. Proto teď vyvinuli první skener, který je založen na křemíkové CMOS technologii. Skener je rozdělen na jednotlivé obrazové body (pixely). To mu umožňuje zachycovat průchod více protonů najednou, vytvořit 3D mapu ošetřované oblasti a určit přesnou velikost a lokalizaci absorbované energie.
Další typ protonového skeneru bude tvořit velký počet na sebe navršených CMOS čidel. V podstatě budou tvořit teleskop a do praxe bude tento skener uveden už v roce 2015. Takové zařízení bude s velkou přesností určovat ztráty energie elektronů v těle pacienta. Spolu s ostatními detektory bude schopno určit směr, kterým proton opustí tělo pacient, a s velkou přesností lokalizovat stopu protonu v těle.
(Zdroj)
Podle Physicsworld.com
Původní práce byly uveřejněny v Physical Review Letters, Physics World Focus on Optics and Lasers, Physicsl Review Letters a Physics in Medicine and Biology.
Další díly:
Aktuality z fyziky XVII
Aktuality z fyziky XVI
Aktuality z fyziky XV
Aktuality z fyziky XIV
Aktuality z fyziky XIII
Aktuality z fyziky XII
Aktuality z fyziky XI
Aktuality z fyziky X
Aktuality z fyziky IX
Aktuality z fyziky VIII
„Top
ten“ fyziky v roce 2014
Aktuality z fyziky VII
Aktuality z fyziky VI
Aktuality z fyziky V
Aktuality z fyziky IV
Aktuality z fyziky III
Aktuality z fyziky I