techno scope
Transcript
techno scope
techno scope 1/07 La tecnica al servizio dell’uomo Muscoli artificiali, fotocamere da ingerire e robot per operazioni. Professioni tecniche «La medicina non dovrebbe solo dare anni alla vita, ma anche dare vita agli anni.» Georg Christoph Lichtenberg (1742–1799), fisico tedesco Sommario di questo numero • apparecchi acustici • tomografia ad emissione di positroni • robot per operazioni chirurgiche • costruisci un cuore • raggi x • pantaloni raffreddanti Professioni tecnico mediche Professioni mediche e paramediche Ingegnere meccanico Ingegnere elettrotecnico Immaginatevi parecchi tecnici Fisico medico Informatico che venga a manpermettono di Medico Tecnico medico Ingegnere in scienza dei care l’energia esaminare il corInfermiere Ortottica materiali elettrica in un po. E’ oramai già Fisioterapeuta Assistente in sala Mecatronico ospedale. Molti possibile ottenere Ergoterapeuta operatoria Fisico Soccorritore apparecchi cesseimmagini che perAudioprotesista Ingegnere chimico rebbero di funziomettono di vedere Elettronico nare: dalla macchina come lavorano le diffecuore-polmone all’aprenti cellule del nostro parecchio per la respiraziocervello. Magari nel vostro ne artificiale fino alle appaalbum di foto avete un’ecografia che recchiature che sorvegliano un paziente durante vi mostra molto prima della nascita. La maggior parte di voi un’operazione. Comunque nessun panico! Negli ospedali è ha già dovuto sottoporsi a una radiografia dal medico. Tutto previsto tutto, essi dispongono di altre sorgenti d’energia questo è tecnica medica! alternativa. In questo settore la ricerca è particolarmente attiva. I gruppi La tecnica medica salva delle vite, facilita il lavoro dei medici di ricerca sono spesso composti da persone particolarmente e del personale curante, permette delle diagnosi precise e qualificate, ognuna porta le proprie conoscenze da diversi aiuta le persone malate o andicappate a vivere nel modo più campi a favore di un progetto specifico. indipendente possibile. Immaginatevi di far parte di Le ambulanze e gli elicotteri un progetto simile. Vi rendedi salvataggio sono equipagreste conto come un simile giati con apparecchiature impegno è interessante e tecniche. Progressi fantastici appassionante. Collaborare a sono stati raggiunti nel campo guarire pazienti, a migliorare delle protesi e la ricerca sta e allungare la loro vita da già sperimentando con sucsicuramente un senso alla cesso muscoli artificiali. Appropria vita. Un robot al servizio della medicina: il chirurgo, a sinistra nella foto, svolge l’operazione seduto. L’operazione può essere seguita sullo schermo in alto a destra. Das Technikmagazin für Junge und Junggebliebene La rivista tecnica per giovani e per coloro che lo sono ancora www.satw.ch/technoscope Qualità di vita grazie ad apparecchi acustici 2 3 1 1) timpano 2) nervo acustico 3) chiocciola (a) apparecchio acustico dietro l’orecchio (b) apparecchio acustico nell’orecchio (c) emittente FM SmartLink SX e ricevente (d) apparecchio speciale per le scuole, EduLink S tivo della persona in questione. Grazie alle nuove tecnologie è possibile costruire apparecchi sempre più piccoli, e in grado di filtrare in modo efficace i rumori di fondo. In certi casi, in aule scolastiche o per telefonare, i suoni vengono captati da un microfono esterno e trasmessi senza filo al ricevitore installato nell’orecchio (immagine c e d). Oggi si sono ottenuti risultati eccezionali che 10 anni fa non erano ancora L’udito, percezione del suono, è uno dei cinque sensi, che pensabili, ma l’ottimizzazione della registrazione dei suoni, ci permette di percepire il nostro ambiente. Il suono è una lo sviluppo delle batterie e la miniaturizzazione degli appavibrazione delle molecole d’aria che si propaga in tutte le recchi va avanti. direzioni. Questa vibrazione arriva alle nostre orecchie, fino alla chiocciola (vedi disegno), nella quale piccole Link interessanti sull’udito ciglia, le cellule ciliari assorbono le vibrazioni e le tras- www.suva.ch versione IT > Suvaliv > Campagne > musica e danni all’udito formano in segnali elettrici. Questi segnali vengono tras- www.testauditif.com test uditivi messi al cervello, che li interpreta in modo tale che pos- www.focus.it cercare udito sano essere intesi come parole o piacevole musica. www.phonak.it L’intensità del suono, che viene misurata in decibel (dB), Da un testo di Sara Grassi dell’istituto di microtecnica dell’UniNE e Giuseppina Biondo Lotto della Phonak Communications AG, Morat deve essere sufficiente affinché venga percepito dal nostro orecchio (soglia di udibilità), ma non troppo forte per evitare danni e/o sensazioni di dolore (soglia del dolore). Lo spazio tra le due soglie viene chiamato dominio uditivo e cambia a dipendenza che il suono sia grave o acuto. L’audiogramma mostra con un esempio (linea blu) che, per coloro che sentono male, la curva della soglia uditiva è più alta e quella della soglia del dolore è più bassa rispetto a quella di una persona con l’udito normale (linea rossa). Il dominio uditivo è più limitato. Per coloro che sentono male non basta quindi aumentare allo stesso modo l’intensità di tutti i suoni, ma è importante adattare l’amplificazione per le diverse frequenze. Una perdita uditiva è dovuta a un danno della chiocciola o del nervo acustico. Le cause possono essere molteplici: malattie, incidenti, livelli sonori troppo alti e di durata troppo lunga di certi concerti, di discoteche, di walkman o di macchine rumorose in assenza di protezioni acustiche. Ne consegue una distruzione di cellule ciliari nella chiocciola. In questi casi solo un apparecchio acustico può aiutare persone che stentano a sentire (immagine a e b). L’apparecchio acustico ha il difficile compito di amplificare in modo selettivo i suoni gravi e i suoni acuti adattandosi al dominio udi- immagini messe a disposizione dalla Phonak Come seguire l’attività delle cellule ? La tomografia per emissione di positroni (TEP) Come si può mostrare quello che succede nel corpo e non solamente quello che c’è nel corpo come capita per le radiografie (raggi X) o per la risonanza magnetica nucleare (MRI) ? La tomografia a emissione di positroni rende visibile l’attività delle cellule nel corpo. Mostra i luoghi dove le cellule sono attive. Come le automobili hanno bisogno di carburante, le nostre cellule per funzionare hanno bisogno di zucchero. Il principio del TEP è quello di mandare nel corpo una specie di spie. A questo scopo si prende una molecola di zucchero nella quale si sostituisce una parte con una sostanza radioattiva (vedi riquadro). Questa molecola di zucchero marcata è pronta per funzionare da spia e viene chiamata tracciante technoscope 1/07 pagina 2 Radioattività Si dice radioattività o disintegrazione nucleare la proprietà di certi nuclei atomici instabili di disintegrarsi spontaneamente e di liberare energia. Questa energia può essere liberata sotto forma di radiazione corpuscolare. Scanner TEP www.satw.ch/technoscope Questo metodo è particolarmente adatto per scoprire dei tumori cancerogeni, nei quali le cellule sono particolarmente attive. Altre molecole marcate possono essere utilizzate, secondo lo stesso principio, per testare i centri attivi del cervello oppure la circolazione del sangue in certe parti del Il paziente assorbe una piccola quantità di questo zucchero corpo. marcato. Egli viene in seguito introdotto sdraiato in uno Questo metodo creato con le più recenti conoscenze in fisica, scanner TEP al centro di un centinaio di anelli detettori. chimica, biologia e informaGli atomi radioattivi instabili del tracciante si degradano e tica rappresenta un campo emettono dei positroni, che sono elettroni molto particolari d’applicazione molto vasto. in quanto carichi positivamente. Quasi istantaneamente i Senza dubbio si svilupperà positroni entrano in collisione con un elettrone normale. Le rapidamente e assumerà in due particelle simmetriche si annientano e producono due futuro un’importanza consiradiazioni gamma di senso opposto. Queste due radiazioni derevole. arrivano allo stesso istante in due punti opposti dell’anello e vengono captati. Con queste informazioni è possibile cos- Immagini e informazioni del dr. C. Burger dell’ospedale universitario truire un’immagine tridimensionale dei luoghi nei quali di Zurigo questo tracciante si è accumulato. Il medico ottiene così preziose informazioni sulle funzioni del corpo umano e è in grado di diagnosticare delle malattie. (tracer). La molecola potrà entrare nella cellula come una molecola normale. Ma essa non potrà essere sciolta per liberare la propria energia, resterà quindi intrappolata nella cellula. Più la cellula è attiva, più il tracciante vi si accumulerà. tomografia per risonanza magnetica nucleare MRI TEP tracciante: zucchero TEP tracciante: acido amminico Confronto di immagini del cervello secondo i diversi metodi Operazione come attraverso la “cruna di un ago” Il robot Da Vinci Da più di 20 anni i chirurghi eseguono operazioni chiuse (laparoscopie). Introducono nel corpo del paziente piccolissime telecamere e strumenti attraverso piccole aperture. Il robot Da Vinci va più avanti e combina due vantaggi: la libertà di movimento dell’operazione aperta e l’invasione minima grazie a incisioni molto ridotte nelle operazioni chiuse. Le “dita” sono mobili in modo ottimale Un robot protetto da un involucro plastico. Il robot si trova sopra il paziente e è pronto per l’operazione La consolle di comando technoscope 1/07 pagina 3 Il chirurgo è seduto a una consolle di guida e dirige con due manopole di comando i bracci elettronici del robot ai quali vengono applicati strumenti intercambiabili d’operazione. Davanti a sé ha un’immagine tridimensionale ad alta risoluzione che ingrandisce da 20 a 30 volte il campo operativo. Le mani del chirurgo si trovano sotto il monitor e manipolano gli strumenti con la stessa flessibilità come nella chirurgia aperta. Meglio ancora: la trasmissione dei movimenti dalla consolle di guida agli strumenti esclude ogni tremore e può essere regolato individualmente. Se il chirurgo gira la sua mano di 10 centimetri gli strumenti si muovono solo di un centimetro. In questo modo il chirurgo può lavorare molto più precisamente e eseguire cuciture anche microscopiche. L’estrema mobilità delle dita del robot permette, malgrado la piccola apertura, di operare in modo molto più preciso che con la mobilità limitata delle nostre mani. I vantaggi rispetto alle attuali operazioni aperte sono evidenti: • lavoro tranquillo e microscopico • perdita di sangue molto limitata • bassa probabilità d’infezioni • dolore limitato dopo l’operazione • guarigione più veloce e permanenza in ospedale ridotta Con l’uso del robot il chirurgo non diventa superfluo. Al contrario: è seduto lontano dal paziente, ma non perde mai il controllo dell’operazione. La decisione sui successivi passi da eseguire sta sempre nel chirurgo. Immagini e informazioni del PD Dr. J. Grünenfelder dell’ospedale universitario di Zurigo www.satw.ch/technoscope La pagina interattiva Prova le tue conoscenze, le tue attitudini e le tue capacità SMS & WIN! Da vincere: 10 USB-Sticks 1 2 3 offerti dalla Phonak (www.phonak.ch) 4 5 6 7 8 9 Vincitore del concorso Technoscope 3/06 Josef Gächter, 9473 Gams Una videocamera da ingerire Immaginatevi una minuscola videocamera che nuota nel vostro intestino, come un sottomarino in un fiume. Appena avete ingerito la videocamera, non vi accorgete del suo passaggio nello stomaco e poi nell’intestino, eppure essa invia continuamente due immagini 1. Capsule Pillcam al secondo a una ricevente 2. Registratore di dati incollata al vostro ventre. 3. Ricevente Questi dati vengono poi 4. Schermo del PC trasmessi a un registratore di dati che voi portate fissato alla cintura. Durante le otto ore di durata dell’esame potete seguire le vostre attività consuete. Solo in seguito i dati verranno trasformati dal computer in immagini. La Pillcam lascerà poi il vostro corpo per via naturale… Non verranno più emessi segnali, ma i medici avranno raccolto una moltitudine di informazioni che permetteranno loro di stabilire una diagnosi. www.pillcam.ch videocamera da ingerire 1. Capsula di vetro 2. Unità ottica 3. Chip della fotocamera 4. Flash, LED technoscope 1/07 pagina 4 5. Componente elettronica 6. Batterie 7. Unità di regolazione 8. Trasmettitore (Transmitter) Invia la parola risultante nei campi grigi per SMS al numero 079 281 01 62 entro il 15 aprile 2007 1. 2. 3. 4. 5. 6. prende sempre più posto nelle sale operatorie clinica metodo per visualizzare le attività delle cellule nel corpo umano il robot ne ha tre o più certi si chiamano X è stata per lungo tempo considerata la più piccola particella indivisibile della materia 7. risonanza magnetica nucleare 8. la loro intensità viene misurata in dB 9. la scienza che concerne i computer Indovinello L’immagine misteriosa : Che cos’è ? Come costruire un cuore Cosa è necessario: - un palloncino gonfiabile rotondo, - un imbuto di plastica, - una cannuccia per bere, - un bicchiere di plastica con un coperchio a chiusura ermetica, - colla resistente all’acqua, - un filo solido, - una biglia di vetro. 1. Comincia a tagliare l’imboccatura del palloncino a circa 4-6 cm dal bordo in modo da poterlo fissare all’apertura superiore dell’imbuto come un tamburo. Piazza la biglia di vetro (valvola cardiaca) nell’imbuto e poi incolla il bordo del palloncino al bordo esterno dell’imbuto (cuore). 2. Pratica un foro nell’imbuto (più o meno a metà altezza) e infila un pezzo di cannuccia (4-5 cm) (valvola cardiaca). La cannuccia deve essere incollata in modo impermeabile all’imbuto. 3. Fora il coperchio del bicchiere, in modo tale che vi si possa introdurre la parte inferiore dell’imbuto. Riempi d’acqua il bicchiere e rimetti il coperchio. 4. Premendo con una mano sulla membrana l’aria esce dalla cannuccia. Con due dita dell’altra mano, comprimi la cannuccia e lascia la membrana. L’acqua sale attraverso l’imbuto. Ricomincia fino a quando l’acqua arriva all’altezza della cannuccia. A partire da questo momento è l’acqua che esce dalla cannuccia e non più l’aria. E’ in questo modo che il cuore pompa il sangue. (da Erstaunliche Experimente, Basermann editore , ISBN 3-8094-7) Pressione della mano Palloncino elastico schiacciare Imbuto cannuccia biglia coperchio bicchiere pieno d'acqua www.satw.ch/technoscope AHA Che nesso c’è tra raggi X e una frenata ? Una giornata nella vita di Silvain Michel All’origine di un’invenzione sta spesso una visione. Come quella di aerei che agitano leggermente le loro ali per planare nell’aria. O persone che muovono le loro protesi di braccia o di gambe con muscoli artificiali. Per Silvain Michel queste visioni sono già pensabili, anche se la realizzazione è ancora lontana. Per simili ali o muscoli artificiali sono necessarie strutture elastiche, a grande superficie e che si lasciano deformare facilmente. All’EMPA , un istituto di ricerca nell’ambito dei politecnici federali, lavorano dei ricercatori sui polimeri elettroattivi. Questo nuovo materiale ha una struttura semplice: Un sottile foglio di polimero viene coperto dalle due parti da uno strato conduttore di grafite in polvere. Se tra i due strati di grafite viene posta una differenza di potenziale elettrica il foglio si dilata lateralmente e diventa più sottile – una superficie elastica che arriva fino a raddoppiare. Se si toglie la differenza di potenziale il foglio ritorna alle dimensioni originarie. La scienza dei materiali è importante in tutti i campi Dopo gli studi d’ingegneria meccanica alla Scuola Politecnica Federale di Zurigo Silvain Michel ha lavorato come ingegnere di strutture alla fabbrica federale d’aerei a Emmen. Durante 10 anni ha messo a disposizione e ha sviluppato le sue conoscenze di meccanica, di aerodinamica e d’informatica a favore degli aerei militari svizzeri. Il piacere per la ricerca l’ha poi portato per vie traverse all’EMPA e allo studio dei muscoli artificiali. La partecipazione nel 2005 al primo concorso del braccio di ferro organizzato dalla NASA a S.Diego negli Stati Uniti, resta un grande momento della sua carriera. Il suo robot dotato di 256 muscoli artificiali gli ha permesso di dimostrare in modo eloquente l’efficacia dei polimeri elettroattivi. Silvain Michel Ricercatore e manager in famiglia La giornata di Silvain Michel comincia presto al mattino con un’ora di canottaggio sul lago o direttamente in ufficio. Consulta la posta elettronica, incontra i collaboratori, avanza nei progetti, discute con gli studenti… e non si accorge che il tempo passa. Gli capita anche di dover lavorare all’estero: a Berlino, a Francoforte oppure negli Stati Uniti. Il lavoro quotidiano con gli studenti, con scienziati e ricercatori anche di altri campi e al di fuori delle frontiere nazionali lo appassiona. Da sette anni Silvain Michel divide con sua moglie gli impegni familiari. Passa due giorni della settimana a casa e si occupa delle faccende domestiche e dei figli. Ma anche a casa trova il tempo di rispondere alla posta elettronica, il lavoro non si ferma nell’ufficio. Il sabato è dedicato al canottaggio, uno sport che gli permette di trovare l’equilibrio tra la vita professionale e la vita familiare. La domenica è riservata alla famiglia. Biografia Dal 2003 Da un anno può legare le sue conoscenze in aeronautica a quelle delle strutture attive ( per esempio polimeri elettroattivi) nello sviluppo di un dirigibile attivo che nuoti nell’atmosfera come un pesce nell’acqua. Un sol fascio muscolare ( a sinistra) e un pacchetto di 64 fasci muscolari (a destra) technoscope 3/06 pagina 5 Capo gruppo “Polimeri elettroattivi” all’EMPA di Dübendorf 2000–2003 Direttore di progetto all’EMPA 1999–2000 Assistente all’istituto di meccanica all’ETH di Zurigo 1996–1998 Direttore di dipartimento alla fabbrica federale di aerei a Emmen 1982–1989 Studi di ingegneria meccanica all’ETH di Zurigo 1982 Maturità di tipo C a Berna 31 maggio 1963 Nato a Berna Nella sfida al braccio di ferro il robot è forte: i suoi quattro pacchetti di muscoli gli permettono di alzare una massa di 120 kg. I raggi X si possono considerare come raggi luminosi, come particelle microscopiche che si propagano nello spazio. Ma contrariamente ai raggi luminosi questi raggi X possono attraversare il nostro corpo, più o meno bene a seconda della materia. I raggi X anneriscono delle piastre fotografiche. Se un paziente si pone per qualche istante tra una lampada che emette raggi X e una piastra fotografica, la piastra si annerisce nei posti dove i raggi hanno attraversato il nostro corpo senza ostacoli. Essa resterà chiara nei posti dove i raggi sono stati assorbiti. In questo modo, per deduzione, si può vedere l’interno del nostro corpo e in particolare le ossa. Per produrre dei raggi X si bombarda, in una lampada speciale, una piastra metallica con un raggio di elettroni. Quello che capita sulla piastra metallica può essere confrontato con un automobile con valigie sul tetto che si schianta a grande velocità contro un albero. Durante l’impatto la vettura subisce una violenta frenata e tutte le valigie non ben attaccate volano via. Allo stesso modo gli elettroni lanciati contro la piastra vengono frenati violentemente e perdono delle particelle microscopiche che volano attraverso lo spazio: sono i raggi X dovuti alla violenta frenata subita dagli elettroni. www.satw.ch/technoscope PSI - istituto Paul Scherrer Il PSI è il più importante istituto di ricerca in Svizzera. Ricercatori provenienti da tutto il mondo cercano di mettere a punto terapie per il cancro, sviluppare tecnologie energetiche del futuro e molte altre scoperte scientifiche. Potete visitare liberamente il forum psi o annunciarvi per una visita guidata dei laboratori o delle impressionanti istallazioni di ricerca. Paul Scherrer Institut, 5232 Villigen. Telefono servizio visitatori: 056 310 21 00 www.psiforum.ch Diploma postgrade di fisico medico Il diploma di un’alta scuola in fisica permette di seguire il corso postgrade in fisica medica all’ETH di Zurigo (MAS) Studio alla Scuola Universitaria Professionale Studio di micro- e medicotecnica alla SUP di Berna www.fachhochschulen.net Diploma e Master af Advanced Studies in Medical Informatics Formazione continua alla SUP di Berna www.hti.bfh.ch La tecnica della medicina d’urgenza Le soluzioni tecniche applicate nel pronto soccorso medico servono a salvare vite umane e a attenuare le conseguenze di incidenti. • Determinazione con satellite del luogo preciso in cui si trovano vittime di incidenti in montagna La navigazione satellitare permette di determinare con precisione la posizione della persona accidentata che ha chiamato soccorso con un telefonino dotato di un GPS. La determinazione della posizione avviene con un’imprecisione di al massimo 20 metri. • Intossicazioni da fumo I veicoli di pronto intervento dei pompieri sono equipaggiati con nuovi apparecchi di misura che attraverso un sensore applicato a un dito sono in grado di determinare il contenuto di ossigeno e di ossido di carbonio nel sangue. • Prova di un consumo di droghe Un po’ di saliva basta per determinare in modo veloce e sicuro il consumo di droga. Un nuovo test, grazie a un biochip, permette di determinare da un campione di saliva fino a dieci tipi di droghe. Questo sistema permette ai medici del pronto soccorso di determinare se in un paziente c’è un avvelenamento da droga. www.notfallmedizintechnik.de Energie per il nostro futuro Un approvvigionamento durevole di energia in Svizzera è possibile grazie alle energie rinnovabili. Questa è la conclusione alla quale è arrivato un nuovo studio della SATW “Road map: energie rinnovabili in Svizzera”. Ne saprete di più nel prossimo Technoscope 2/07 oppure nel rapporto originale completo sul sito www.satw.ch. Links Altre informazioni sul robot daVinci e le immagini TEP www.hug-ge.ch, www.standortschweiz.ch , www.medizin.ch -> nuove tecnologie -> tecnica medica Museo di storia della medicina dell’Università di Zurigo Rämistrasse 69 Orari d’apertura: dal martedì al venerdì dalle 13 alle 18, al sabato e alla domenica dalle 11 alle 17. Visite guidate per gruppi se annunciati. Tel 044 6342071 [email protected] Ringraziamo Impressum www.satw.ch/technoscope Un pantalone refrigerante migliora la qualità di vita delle persone affette da sclerosi multipla La sclerosi a placche è una malattia neurologica considerata inguaribile. Essa conduce nella maggior parte dei casi alla paralisi. Malgrado ciò molti pazienti affetti da questa malattia conducono una vita normale. Ricercatori nelle scienze dei materiali dell’EMPA hanno sviluppato recentemente un finissimo pantalone refrigerante che attenua i dolori e permette maggiore mobilità ai pazienti di sclerosi multipla. Al posto di un sol strato di tessuto il pantalone è formato da due strati finissimi ( da 5 a 10 micrometri ), impermeabili , ma che permettono la traspirazione, di poliestere laminato cuciti assieme. I due strati formano una specie di serbatoio riempito con 10 millilitri d’acqua. Mentre l’acqua dalla parte esterna evapora, all’interno c’è un piacevole effetto raffreddante. Per una durata fino a 40 minuti la superficie della pelle viene raffreddata di 4 gradi centigradi. Pantalone refrigerante technoscope 1/07 pagina 6 Indirizzo di contatto [email protected] Concetto e redazione Regula Zellweger, www.rz-kommunikation.ch Collaborazione redazionale Elisabeth McGarrity, Liceo Brig, SATW Giovanni Zamboni, SATW, Lugano Soluzione dell’indovinello di pagina 4 i due oculari del robot Da Vinci per operazioni mediche. Attraverso queste finestre il chirurgo può seguire le azioni delle sue mani. Composizione VISUM visuelle umrisse gmbh, Bern, www.visum-design.ch Stampa Egger AG, Frutigen Abbonamenti e ordinazione di copie ( t e f ) [email protected] Schweizerische Akademie der Technischen Wissenschaften Seidengasse 16, 8001 Zürich Telefon 044 226 50 11 Fax 044 226 50 19