حبّات روبوتية Robot Pills :

DuaaDuaa عضو جديد
لم يعد الارتحال في جسم الإنسان مجرد خيال .
فلن يمضي وقت طويل حتى نرى أجهزة منمنمة تجرى جراحة , وتقدم أدوية وتساعد على تشخيص الأمراض .

<P.داريو> - <A.منشياسّي>



4126.imgcache


مفاهيم مفتاحية


- مكنتنا الكاميرات الحبّية(pill size camera=pill camera) وبصورة غير مسبوقة من أن نرى مشاهد داخلية لكامل السبيل الهضمي و إلا ان الاستخدامات ودقة الكبسولات اللافاعلة منها محدودة .


- حالياً يتم تطوير روبوتات فاعلة بحجم الكبسولة من أجل استخدامها في تحري الأمراض وتشخيصها وفي الإجراءات العلاجية.


- تواجه نَمْنَمَة مكوِّنات الروبوتات بغية أداء مهام داخل الجسم، تحديات هندسية جديدة؛ وقد أدت هذه التحديات إلى حلول إبداعية سوف تؤثر في الروبوتات وفي غيرها من التقانات الطبية بصورة عامة.
محررو ساينتيفيك أميركان


توضيح قبل البدء بالرحلة :



robot : روبوت = إنسالة، وهذه نحت من إنسان - آلي، ومنها

نشتق إنسالية = روبوتية robotics = علم الإنسالات.



في فيلم «الرحلة الخيالية» Fantastic Voyage ، كانت قصة فريق من الأطباء الذين تمت نَمْنَمَتهم miniaturized يسافرون خلال الأوعية الدموية لعمل إصلاحات منقذة للحياة داخل دماغ أحد المرضى، محض خيال علمي science fiction عندما عُرضت في عام 1966 . ولكن عندما أعادت هوليود إنتاج الفيلم عام 1987 باعتباره فيلماً كوميديا، وأطلقت عليه اسم الفضاء الجوَّاني Innerspace كان فريق من المهندسين في العالم الحقيقي قد بدؤوا ببناء روبوتات بحجم حبة الدواء لتكون بمثابة نماذج أولية prototypes يمكنها الارتحال في السبيل الهضمي (المعدي المعوي) للمرضى نيابة عن الطبيب. وفي عام 2000 بدأ المرضى بابتلاع الكاميرات الحَبيِّة الأولى المُصَنَّعة على نطاق تجاري، ومنذ ذلك الحين استخدم الأطباء تلك الكبسولات لرؤية بعض الأماكن لم يسبق لهم رؤيتها، مثل الثنيات الداخلية للأمعاء الدقيقة التي يصعب الوصول إليها من دون إجراء جراحة.


وأحد الجوانب المهمة لفيلم الرحلة الخيالية، وهو جانب لايزال محض خيال، هو فكرة أن تكون تلك الكاميرات المُنَمْنَمَة بحجم حبات الأدوية، قادرة على المناورة باستخدام طاقتها الذاتية، فتسبح باتجاه الورم للحصول على خزعة منه، أو تفحص التهابا في الأمعاء الدقيقة، أو تعطي المعالجات الدوائية للقرحة. ومع ذلك، ففي السنوات الأخيرة قطع الباحثون شوطا طويلا نحو تحويل الكاميرات الحبِّية اللافاعلة passive - camera pill إلى روبوتات مُنَمْنَمة فاعلة. فالنماذج الأولية المتطورة (والتي تُختبر حاليا على الحيوانات) لها أرجل وأجزاء تدفع بها للأمام، وعدسات تصوير معقدة وأنظمة للتوجيه اللاسلكي. وربما تكون تلك الروبوتات المنمنمة جاهزة للتجارب السريرية قريبا. أما الآن، فإن العلماء يقومون باختبار حدود علم الإنسالات المنمنمة .




تحويل الحبات اللافاعلة Transforming Passive Pills



إن السبيل الهضمي هو الجبهة الأولى.
و الكاميرة الحبية اللاسلكية الأولى M2A التي ظهرت عام 1999 والنماذج التالية لها قد رسّخت جدوى فحص السبيل المعدي المعوي بجهاز لاسلكي. فالممارسة المعروفة باسم التنظير الكبسولي ،capsule endoscopy تستخدم الآن بصورة روتينية في الطب. ولسوء الحظ، فإن عدم قدرة الإنسان على التحكم في الكاميرة الحبية اللافاعلة يؤدي إلى معدلات عالية من النتائج السلبية الكاذبة، فالكاميرات تخفق في تصوير المناطق التي تعاني المشكلة، وهو أمر غير مقبول في أداة تشخيصية، فإذا كان الهدف من تفحُّص داخل الجسم هو



4127.imgcache


التحري عن مرض، أو الحصول على صورة مفصلة لمشكلة يُشتبه فيها، فإن أكثر ما يهتم به الطبيب هو أن يكون قادرا على إيقاف الكاميرة وأن يجري فيها بعض المناورات لتفحّص المنطقة التي تستحوذ على اهتمامه. ويتطلب تحويل كبسولة لافاعلة إلى جهاز يُعتمد عليه أكثر لتحري السبيل المعدي، المعوي إضافة زوائد متحركة ، أو أدوات تنشيط actuators ، تدفع الحبة خلال الجسم، أو تعمل كأدوات تتعامل مع النسج. ويتطلب تشغيل تلك الأجزاء المتحركة نقل البيانات بالاتجاهين (ذهابا وإيابا) نقلا لاسلكيا للصور والتعليمات بسرعة عالية. وبذلك تتحول الحبات إلى روبوتات ضئيلة الحجم يمكنها أن تستجيب بسرعة لأوامر الفنّي الذي يعمل عليها.


وجميع تلك المكونات تتطلب طاقة كافية لإكمال مهامها خلال الارتحال قد تستغرق 12 ساعة، كما أن جميع المكونات ينبغي أن تندرج داخل حاوية حجمها 2 سنتيمتر مكعب - وهو يعادل حجم قطعة من الحلوى المطاطية على شكل دب Gummi Bear - بحيث يستطيع المريض ابتلاعها من دون انزعاج.


وفي السنة نفسها التي ظهرت فيها الكاميرة الحَبية M2A أنشأ مركز النظم الميكروية الذكية the Intelligent Microsystem Center(IMC ) في سيول بكوريا مشروع السنوات العشر لتطوير جيل جديد من المناظير الكبسولية ذات سمات متطورة. إذ ينبغي أن تحمل مثل هذه الإنسالة الحَبّية على متنها مستقبلات الاستشعار ومصدرا للضوء من أجل التصوير، وأن يكون بها آلية لتوصيل الأدوية العلاجية وأخذ الخزعات، وأن تكون قادرة على التحرك الذي يتحكم فيه اختصاصي التنظير من خلال جهاز لاسلكي للتحكم من بعد.


ومنذ عام 2000 ، دخلت شركات ومجموعات بحثية أخرى ذلك المجال. وعلى سبيل المثال، فقد كونت 18 فرقة أوروبية اتحاد شركات (كونسورتيوم)consortium مع المركز IMC لتطوير الكبسولات الإنسالية بهدف الكشف عن السرطانات ومعالجتها. وقد اطلع فريقنا في المعهد العالي «سانت أنّا » في پيزا بإيطاليا the Scuola Superiore Sant’Anna in Pisa, Italy وتحت الإشراف والتوجيه الطبي من <O .M . شير> [من شركة نوفينيون في توبينگن بألمانيا] بالتنسيق العلمي والتقني لذلك المشروع المسمى فيكتور VECTOR اختصارا لكبسولة التنظير المتعددة الأغراض لكشف ومعالجة أورام السبيل الهضمي (المعدي المعوي) versatile endoscopic capsule for gastrointestinal tumor
recognition and therapy. وجاءت هذه المجموعات الأكاديمية والصناعية بالعديد من الأفكار المبتكرة، وقد قدمت



4128.imgcache


على وجه الخصوص حلولا متنوعة للتحدي الجوهري, وهو كيفية التحكم في حركة أجهزة الكبسولة وهي داخل الجسم؟ وكانت كل مجموعة من تلك المجموعات قد أخذت واحدا من الأسلوبين الرئيسيين.



يتناول الأسلوب الأول توجيه حركة الكبسولة بأدوات التنشيط المحمولة على متنها – وهي أجزاء متحركة مثل المجاديف أو الأرجل أو أجهزة الدفع وما شابه ذلك من زوائد - بحيث تكون مندمجة ضمن الهيكل الخارجي للأجهزة، وتكون قادرة على العمل بمجرد دخول الكبسولة في السبيل الهضمي.


ويتم تشغيل أدوات التنشيط بواسطة محركات مُنَمْنَمة، وهي تُستخدم في معظم
الأحوال للتحكم في حركة الكبسولة، إلا أنه في بعض التصاميم تستطيع الأرجل إزاحة النسج المحيطة بالكبسولة لتساعد على الحصول على رؤية أفضل لشيء ما، أو لتساعد الكبسولة على المرور خلال قطعة ذات جدران منخمصة من الأمعاء. وتعتبر المحركات وأدوات التنشيط مشابهة للتروس الكبيرة الحجم عند مقارنتهابالحجم الإجمالي للكبسولة التي يمكن بلعها، الأمر الذي يجعل تضمين الأجزاء الأساسية الأخرى - مستقبلات الاستشعار الخاصة بالتصوير أو وحدة مخصصة للمعالجة مثل أداة لأخذ الخزعة - نوعا من التحدي. وفضلا عن ذلك، فإن تمديد نسيج ما يقتضي من الكبسولة قوة كبيرة تصل إلى 10 أو 20 ضعف وزنها، ويتطلب تحقيق ذلك أن تبذل المحركات عزما للتدوير يستهلك قدرا ملحوظا من طاقتها (نصف واط تقريبا).
ويضع استهلاك الطاقة هذا عبئا على تقانة البطاريات، الأمر الذي يحد من طول المدة التي يمكن أن تعمل خلالها هذه الأجهزة.



4129.imgcache



وللمحافظة على طاقة البطاريات، فإن أفضل الحلول التي يمكن قبول مساوئها مقابل ما لها من حسنات هي أن لا تُستخدم أدوات التنشيط إلا للدفع فقط، مع إيجاد طرق أخرى لتمديد النسج.

فمثلا يؤدي شرب المريض نصف لتر من أي سائل شفاف قبيل ابتلاعه الكبسولة التي تُوجّه بأجهزة الدفع إلى تمدد المعدة لمدة تصل إلى 20 دقيقة قبل أن ينزح السائل إلى الأمعاء الدقيقة، وخلال هذا الوقت تستطيع الحبة أن تسبح في جنبات السائل وأن تفحص بطانة المعدة باستخدام التحكم اللاسلكي.


وقد أدت ضخامة أدوات التنشيط المحمولة ضمن الحبات واستهلاكها للطاقة إلى دفع بعض الباحثين للتركيز على أسلوب آخر، وهو استخدام حقول مغنطيسية تُوَلَّد خارج الجسم للتحكم من بُعد في حركة الكبسولة. ففي عام 2005 أدخلت شركتا أوليمپس وسيمنس نظام توجيه مغنطيسي لكاميرة حبيّة لافاعلة يؤدي إلى دوران الحبة. وقد ولّدت الحركة اللولبية الشبيهة بحركة نازع السدادات الفلينية احتكاكا خفيفا ساعد الكبسولة على الحفر ضمن الامتدادات الضيقة من السبيل الهضمي، مثل الأمعاء الدقيقة، وذلك وفقا لما ورد في الأدبيات التي نشرتها شركة سيمنس.


ومع أن استخدام المغنطيس لتوجيه كبسولة التنظير ضمن الأمعاء أمر بسيط، فإن تحقيق تحكُّم يُعتمد عليه باستخدام المغنطيس وحده هو أمر بالغ الصعوبة، ولأن الحقول المغنطيسية تفقد قوتها بتطاول المسافات، ونتيجة لهندسة الأمعاء غير المنتظمة، فإن التغيرات المفاجئة في قوة الحقل المغنطيسي يمكن أن تجعل الكبسولة تقفز أو يمكنها أن تقطع التحكُّم المغنطيسي بالحبة تماما. وفي الممارسة، يمكن لعدم الثبات هذا أن يضيع على التقني المشِّل فرصة الاتصال بالحبة، ويجعله غير قادر على إيجادها مرة أخرى. ومن الممكن أن نعوض عن ذلك بإضافة المزيد من المغانط، الأمر الذي يعطي تحكما وثباتا أكبر، ولكن ذلك قد يتطلب إعدادا مرهقا للملفات الكهرمغنطيسية.


هجائن حسب الطلب Tailored hybrids

وعلى ضوء جوانب القصور في الأساليب الداخلية والخارجية للتحكم في حركة الكبسولة، فإننا نعتقد أننا نحتاج إلى الجمع بين الطريقتين معا لإيجاد حل يكون مريحا للمريض، ويقدم تشخيصا يُعتمد عليه، فالتحريك المغنطيسي الخارجي كافٍ لتحديد موقع الكبسولة بصورة
تقريبية داخل الأمعاء، وأدوات التنشيط الشبيهة بالأرجل مفيدة لتغيير الموضع أو للمناورة للحصول على رؤية أفضل. وقد صمم فريقنا البحثي مثل هذه الكبسولة الهجينة بأربع أرجل تسيِّرها المحركات، وقد تم اختبارها في الخنازير التي تتميز بأن لأمعائها أبعادا مماثلة لأبعاد أمعاء الإنسان. وتبقى الأرجل مقفلة أثناء بلع الكبسولة وطيلة معظم الوقت الذي تستغرقه رحلتها في السبيل الهضمي، ويوجِّه مولِّد المجال المغنطيسي الذي يوضع قرب البطن الكبسولة للأمام، وعندما تصل الكبسولة إلى قطعة من الأمعاء قد انخمصت جدرانها فإنها ترفع النسج ببسط أرجلها، مما يحرِّك الكبسولة للأمام قليلا خلال الفتحة.



4130.imgcache


كبسولة هجينة يتم توجيهها عن طريق مغانط خارجية تبحر في قولون خنزير وتستخدم أرجلا قابلة للتمدد لتعديل موقعها ولتزيح النسج جانبا.




وفي معظم مناطق الأمعاء الدقيقة والغليظة، سيقدِّم نظام الحركة الهجين التحكُّم الذي يحتاج إليه الأطباء للتفتيش البصري الشامل. ونظرا لأن المواقف المختلفة تستدعي حلولا مختلفة، فقد طور المشروع فيكتور مثلا ثلاثة مفاهيم للكبسولات المخصصة للأمعاء الدقيقة وحدها: المفهوم الأول كاميرة حبية لافاعلة للتحري المعتاد، والمفهوم الثاني كبسولة تشخيصية تتمتع بحركة فاعلة وبالتصوير الطيفي الذي يستطيع اكتشاف أي شذوذات موجودة تحت سطح النسيج، وفي المفهوم الثالث تم إدماج مستقبل الاستشعار الطيفي المذكور سابقا ذاته ضمن الكبسولة فيكتور، ليصبح بإمكانها أيضا أن تحمل أداة لأخذ خزعة، وأن تأخذ عينة من النسيج تختزنها داخلها، لاسترجاعها عند خروجها من جسم المريض.
إن قدرة إنسالات التنظير الكبسولية على أخذ الخزعات وعلى إجراء الإجراءات العلاجية الأخرى المعقدة، مثل الإجراءات الجراحية، قد تجعل منها أدوات طبية أكثر قوة، غير أن المشكلات الجوهرية مثل الإمداد بالطاقة، والقيود التي يفرضها الحيّز المتاح، وعزم الدوران المحدود، تجعل العديد من المهام العلاجية الطموحة التي تتطلب حركات معقدة كما تتطلب العديد من أدوات التنشيط، أمرا يستحيل تحقيقه بحبة واحدة لايزيد حجمها على 2 سنتيمتر مكعب فقط. ولهذه الأسباب، نعمل الآن على مفهوم متطور، وهو إنسالات جراحية تعمل على تشكيل نفسها داخل الجسم. وهنا نسوق إليكم الكيفية التي يمكن أن تعمل بها: سيكون على المريض أن يشرب سائلا يمدِّد المعدة، ثم يبتلع عددا من الكبسولات يتراوح بين 10 و 15 كبسولة، وستكون كل كبسولة بمنزلة أحد المكوِّنات المُنَمْنَمَة، وسيكون لها مغنطيسان على طرفيها. وما أن تدخل الكبسولاتُ إلى المَعِدَة حتى يتجمَّع بعضها مع بعض سريعا بالشكل الذي يُراد
لها تكوينه، بالتوجيه من بُعد. وسيكون على الجرّاح أن يستخدم تلك الإنسالات المُجَمَّعة كأداة لاسلكية يمكنها إنجاز الجراحة دون حاجة إلى شق جُرح واحد من خارج الجسم. وعندما تستكمل الجراحة، سيكون من الممكن إعادة تشكيل الروابط المغنطيسية أو كسرها بما يسمح للكبسولات الأجزاء أن تخرج عن طريق السبيل الهضمي من دون إحداث أي ضرر. ولدينا كبسولات أولية مُبَكِّرة، حجم كل منها 2 سنتيمتر، ولها أدوات تنشيط وأجزاء داخلية يمكن تعديلها لتلائم الاحتياجات، فقد تُزَوَّد كبسولة أو أكثر بكاميرة، وقد تحمل كبسولة أخرى على متنها أدوات، ويمكن التحكم فيها جميعها لاسلكيا. وقد تجد المكونات الإنسالية المُنَمْنَمَة في نهاية الأمر استخدامات أوسع ضمن شتى أنحاء الجسم ولأغراض متنوعة، فنظم التوجيه والكاميرات الخاصة بمستقبلات الاستشعار التي تم تطويرها من أجل التنظير الكبسولي تؤثر حاليا في التقانات الطبية البيولوجية المرتبطة بها، مثل الإصدارات الحديثة من المناظير وآلات الجراحة التنظيرية للبطن. وبعيدا عن الرعاية الصحية، فإن هذه التقانات هي جزء من توجُّه أوسع نطاقا نحو الإنسالية التي تتسم بالنَّمْنَمَة، وبتعدُّد الاستخدامات والتوجيه اللاسلكي، فالإنسالات الكبسولية لها من دون شك تأثير في الآلات الإنسالية في عالم الأشياء الأكبر حجما.


المؤلفان :


4131.imgcache


Arianna Menciassi Paolo Dario

أستاذان في الإنسالية الطبية البيولوجية في المعهد العالي سانت أنّا في پيزا بإيطاليا. في التسعينات من القرن العشرين اخترع <داريو> أول إنسالة لتنظيرالقولون يتمتع بالدفع الذاتي، كما كان رائدا في المناظير الكبسولية الإنسالية الموجَّهة لاسلكيا من خلال عمله مع مركز النظم الميكروية الذكية Intelligent Microsystems Center في كوريا الجنوبية وبالشراكة مع باحثي الإنسالية الأوروبيين للإنسالية. أما <منشياسّي> فقد عملت بالتعاون مع <داريو> لمدة 10 سنوات، وهي متخصصة بالهندسة الدقيقة للعلاجات بالحد الأدنى من التدخل وبالتقانات النانوية الطبية.


Mini Bots For A WIDE RANGE OF JOBS (*)



مراجع للاستزادة :


Wireless Capsule Endoscopy:
From Diagnostic Devices To Multipupose Robotic Systems.
Andrea Moglia, Arianna Menciassi, Marc Oliver Schurr and Paolo Dario in Biomedical Microdevices, VOL. 9,NO. 2,pages 235-243; December12 , 2006.



Wireless Therapeutic Endoscopic Capsule: In Vivo Experiment.
P.Valdastri et al .in Endoscopy 2008, VOL.40,NO. 12, pages 979-982; December 2008

التعليقات

  • nehadnehad مشرف منتدى التغذية و الطب البديل
    تم تعديل 2011/08/20
    شكرا لك بارك الله بكم
  • ميرةميرة المشرفة العامة
    تم تعديل 2011/08/21
    مشكووورة عزيزتي ..
    نورتينااااا
  • Dr.AhmadDr.Ahmad مدير عام
    تم تعديل 2011/08/23
    شكرا دكتورة دعاء على الاضافة القيمة لكن حابب نوه لفكرة صغيرة ... أنو هي الأداة بدأت تدخل التاريخ الطبي حيث قلت استخداماتها كثيرا بعد تطور وسائل أحدث و أفضل
  • DuaaDuaa عضو جديد
    تم تعديل 2011/08/31
    اول شي حابة أشكر الجميع على ردوده
    بالنسبة لرد حضرتك دكتور احمد انا بس حابة نوّه لشي يمكن ما ذكرتو
    هاد المقال مع بعض التصرف هو منقوول عن مجلة العلوم اللي هو الترجمة العربية للمجلة Scientific American

    المجلد 26 العددان 11 / 12
    November / December 2010

    اللي حابة اسألو انو حضرتك قلت انو هاد البحث دخل التاريخ الطبي وصار في تقنيات حديثة اكتر من هيك
    طيب متل مو حضرتك ملاحظ انو تارخ المقال جديد نوعاً ما , يعني ما إلو سنة
    طبعاً مجلة العلوم معروفة انو هي مجلة على مستوى عال من الوثوقية
    حابة من حضرتك تفسير اذا سمحت وشكراً سلفاً
  • Dr.AhmadDr.Ahmad مدير عام
    تم تعديل 2011/09/05
    أهلا فيكي دكتورة دعاء و على الرحب و السعة ... انا احترم كل المجلات لكن انا أيضا عندي مصادر قوية و معلومات موثوقة ...

    انا قلت بدأت تدخل يعني تقلصت استخداماتها بشكل كبير ... هذه الحبة فائدتها بشكل خاص هي تنظير الأقسام المتوسطة من الأمعاء الدقيقة ... عدا ذلك يمكن لتنظير المستقيم ان يكشفة و بالاضافة لتنظير المعدة الذي يمكن لكن منهما أن يتجاوز و يدخل إلى بداية الامعاء الدقيقة ... و لا يوجد عمليا مرض من أمراض الأمعاء الدقيقة يوجد فقط في الأمعاء الدقيقة و يكشف بالتنظير إضافة لذلك فتقنيات الرنين المغناطيسي و الطبقي المحوري المتطورة منها صار بمقدورها ( خاصة الطبقي المحوري ) أن تعطي صورة ثلاثية الأبعاد لأي جزء من الجسم بدون ادخال شيئ إلى الجسم
    نقطة أخرى هامة جدا هي ضرورة بقاء المريض في عيادة الطبيب الذي يستعمل هذه الكاميرا طيلة فترة وجود الحبة في الجسم و كلنا يعلم أن أي شيء يدخل الجسم بحاجة لساعات طويلة قد تصل إلى عشرين ساعة أو ربما أكثر حتى تخرج و هذا ما يفرض على المريض البقاء طيلة هذه الفترة في العيادة و هذا تعطيل كبير ( في الدول الغربية يدخل الوقت بشكل حاسم في الوسائل التشخيصية بسبب امكانية تعطل الشخص عن عمله و العلاقة مع شركات التأمين و و و ......... )
    هذه التقنية لا تفيد سوى في إعطاء صورة ... ولا يمكنها ان تأخذ خزعات أو اي فائدة آخرى !!

    نقطة أخيرة: في الطب قسم يسمى الطب المسند بالبراهين Evidance Based Medicine EBM و بتصوري لم يعد بالامكان لأي طبيب مستقبلا أن يمارس علمه بدون إلمام بهذا الطب و هناك قاعدة ( إن لم تخني الذاكرة ) تقول ... ان الطب يتغير بنسبة 50% كل سنة ... يعني خلال سنة و نص بيكون تغير أكتر من نص الطب ... اقصد بالطب وسائل التشخيص و العلاج و ليس المبادئ ..... ((( هي مشان ما تستهيني بفترة " السنة " أبدا !!!! )))
  • DuaaDuaa عضو جديد
    تم تعديل 2011/09/06
    شكراً كتير إلك دكتور عالتوضيح
    وفكرة مهمة كتير اكتسبتها بما انو انا لسا بسنوات دراستي الاولى
    شكراً مرة تانية
    :282:
  • Dr.AhmadDr.Ahmad مدير عام
    تم تعديل 2011/09/06
    اهلا و سهلا فيكي دكتورة ... نورتي