Думата „Quantum“ обикновено прави желание да затворите раздела, но изчакайте секунда. Но какво, ако, благодарение на това много квантово объркване на фотоните, ракът може да бъде диагностициран, когато току -що е произлязъл? Обясняваме на пръстите (и без нито една формула!), Като най -смелата теория на физиката ще помогне да се извърши революция в медицината.
Що се отнася до диагностицирането на рака, идват на ум ужасни съкращения и сложни процедури. Една от най -напредналите е PET или позитронна емисионна томография.
А Пат е един от основните бойци с рак и Алцхаймер. Той вижда не само орган, но и как работи, където са скрити ненаситни ракови клетки. Звучи готино? Да, само проблемът е: Картината често се оказва … като през мръсно стъкло по време на дъжда. Замъглено. Шумно.
Pinterest.com
Можете лесно да пропуснете малък тумор или да го объркате със здрава материя. Тъга? Болка? Скъпо лечение? Всички заедно. И не лекарите са виновни за това, а законите на физиката. По -скоро наше неразбиране Тези закони.
Доскоро.
Какъв домашен любимец?
Ако обясните на пръстите, тогава PET работи така: Лекарите въвеждат специално радиоактивно вещество (най -често на базата на глюкоза) и то започва пътя си през тялото.
Раковите клетки обичат да се хранят, те абсорбират глюкозата много по -активни от здравите тъкани. В резултат на това затворената „захар“ с радиоактивен знак се натрупва точно в тумори.
Медицински университет.RF
Тези марки започват да излъчват позитрони (антиелектрони). Те срещат електрони в тъканите и унищожават – тоест изчезват в огнище на енергия. Две гама се раждат от това, летящи строго в противоположни посоки.
Томографските детектори хващат тези фотони и изграждат 3D карта според точките от пристигането им. Където е по -ярка – има подозрителна активност, потенциален тумор.
Osnimke.ru
Изглежда, че всичко е блестящо. Но не. Има проблем и тя вбесява лекари и физици в продължение на много години.
Факт е, че човешкото тяло не е вакуум. Тези гама-снимки, преди да стигнат до детектора, се потопете в тъканта, сблъскайте се с атоми … това се нарича Comptonian разсейване.
В резултат на това детекторът хваща куп фотони, които се заблуждават, изгубиха част от енергията и летят по грешен начин. Това са събития за боклук. Шум. Той запушва полезен сигнал, превръща картината в непоколебима картина и в крайна сметка лекарят може да види не ясен тумор, а някакъв вид размазано място.
Photon λ е изправен пред пречка (например частица в тъканта) и променя посоката. Това разсейване създава шум при сканиране на PET
Wikimedia Commons
За да се борят с това, учените просто филтрират тези сигнали за боклук и ги изхвърлят. Тип: „Няма сигнал – няма проблем.“ Но какво ще стане, ако този боклук всъщност не е боклук?
Ами ако? ..
И така, има една на пръв поглед гениална идея. Ами ако фотоните, родени с унищожение, не са прости, но Quantum е объркващ. Какво означава това?
Квантовото объркване е основното свойство на квантовия свят. Две частици (в нашия случай, тези много фотони) се раждат заедно и условията им стават взаимосвързани завинаги. Тоест, без значение какво се случва с едното, незабавно засяга другия и няма значение къде се намират – в съседните стаи или в различни краища на Вселената.
Връзка, която не се счупва
Ferra.ru
Това не е предаването на информация по -бързо от светлината – сякаш те са две части от едно цяло.
Самият Айнщайн беше много раздразнен, той го смяташе за нарушение на всички възможни закони и презрително го нарече „Ужасно далеч действие“ (Призрачно действие на разстояние). Струваше му се, че информацията не може да бъде предавана по -бързо от светлината.
Но десетилетия на експерименти се оказаха: Айнщайн греши и квантовото объркване е реално. А самите фотони, които се раждат в тялото на пациента по време на сканирането на PET, са точно толкова ужасно свързани близнаци.
Алберт Айнщайн и Нилс Бор (Шестият Конгрес на Solveevsky, 1930). Там между учените избухна сериозен спор относно квантовите взаимодействия. Малко по -късно, през 1937 г., Айнщайн пише: „Следователно, не мога да повярвам, тъй като (тази) теория е непримирима с принципа, че физиката трябва да отразява реалността във времето и пространството, без (някои) ужасни обхвата“ “
Пол Еренфест
Една от характеристиките на тези объркващи фотони е тяхната поляризация (грубо казано, ориентация на трептенията). Той се считаше за аксиома, че всяко взаимодействие с околната среда (и сблъсък с молекула – това е) трябва да унищожи крехката квантова връзка.
Неговото квантово състояние се срива, объркването се унищожава – този процес се нарича декохерентност. Беше логично да се предположи: боклук разпръснати фотони загубиха объркване и поляризационни свойства и добри, несервични – запазени.
Така че, можете да излезете с филтър, че шумът се елиминира от тези знаци! Тази идея е в основата на развитието на „квантовия домашен любимец“ на новото поколение. Но …
Не гледаш там
Група учени от MIPT и Института за ядрени изследвания на Руската академия на науките решиха да проверят тази аксиома за своята уникална инсталация. Те взеха двойки объркващи гама-снимки, родени по време на унищожение (както в истинския домашен любимец), и започнаха умишлено да ги поставят под различни ъгли, моделиращи самия разсейване на Комптън, което разваля картината в томографа.
Схемата на експеримента за проверка на объркване. При тази инсталация (лява диаграма, на дясната снимка), източникът на позитрон (в центъра) поражда двойки объркващи γ-снимки (сини стрелки). Всеки фотон преминава преди мас -аер (имитация на телесни тъкани) и основния дифузьор, след това записан от детектор. Черно/червено стрелки – Нормални равнини за точно измерване на ъглите на разсейване. Синя линия на снимката – Пътят на разпръснат фотон
Igortkachev, Sultan Musin и др.
Очакваше се, че разсейването е моментална загуба на объркване. Но резултатите (между другото, публикувани в научни доклади), както се казва, бяха изумени.
Оказа се, че старата догма е глупост. Объркването беше запазено. Почти напълно. Дори след сериозно разсейване! Фотоните, които преминаха през различни взаимодействия, останаха свързани с тази невидима квантова нишка с партньорите си.
Нашите резултати показаха, че объркващите условия на анихилационните фотони не се сриват до седатични, както се смяташе по -рано. Това откритие не само променя идеята за квантово объркване, но също така представлява предизвикателство за по -нататъшното развитие на квантовите технологии в областта на медицинската визуализация.
Султан Мусин
Асистент на катедрата по обща физика Mipti
Какво се променя?
По този начин, надеждите за създаването на квантов филтър за PET въз основа на разликите в поляризацията на разпръснати и небрежни фотони се сринаха. Експериментът на MFTI/IAI RAS ясно показа: няма такива очаквани разлики. Тоест да се разработят нови томографи, както преди да не се втурне.
Между другото, почти по същото време, независимо, група от Университета на Йорк (Великобритания) под ръководството на професор Даниел Уотс стигна до същите изводи. Тяхната работа в Писма за физически преглед – Друго потвърждение на желязото.
Надеждността на квантовото объркване между Pet Photons се превърна в истинска изненада за нас.
Даниел Уотс
Професор, ръководител на катедрата по Адрон и ядрената физика на Йоркския университет
Когато два различни отбора в различни страни получават един и същ неочакван резултат – това вече не е случайно, а нов закон на природата.
Е, къде е пробивът? И се оказва, че трябва да използвате това, което са били изхвърлени.
След като разпръснатите фотони не загубят квантовото си объркване, това означава, че те не са само боклук. Те носят най -ценната квантова информация за тяхното раждане и за мястото, където се е случило унищожение!
Memedia.ru
С други думи: повече данни – по -стръмна картина. Благодарение на запазеното объркване, информацията за двойката (дори ако един фотон е дошъл извит начин) ви позволява да определите много по -точно точката на тяхното раждане вътре в тялото.
В резултат на това лекарите ще могат да получават невероятно подробни и ясни изображения на тумори, виждайки какво преди е било скрито зад „шума“.
Ясно е, че човешкият мозък няма да може да обработва цялата тази квантова каша. Но за това сега имаме невронни мрежи. За анализ на тези данни могат да бъдат зададени нови алгоритми за машинно обучение. Невронът ще реконструира траекториите на милиони разпръснати фотони и ще надгради на тяхна основа ултра-прецизните 3D модели на ракови тумори.
Ferra.ru
Това означава, че болестта може да бъде открита в най -ранните етапи (когато те все още са микроскопични). Преди това Discovery е по -голям шанс за пълноценно лечение. Това е основното нещо.
Е, ако се научим да се дърпаме Много пъти повече Полезна информация от всяко сканиране, след това, за да получите картина с високо качество, ще ви трябва по -малко от радиофармацевтично. За пациента това означава Намаляване на дозата на облъчванеТова винаги е добре.
Кога да чакаме?
Сега е време да се изправим пред брутална реалност. Ще бъдем честни: утре томографите от ново поколение, използващи този принцип, няма да се появят в болниците.
И дори не година по -късно.
Това е основно проучване, което отваря вратата към бъдещето. Сега други учени и инженери ще трябва да създадат нови детектори и нов софтуер, способни да работят с тази квантова информация. Ще отнеме години.
Надявам се, че в бъдеще, когато лекарите рамет с думите: „Открито късно“ ще бъде много по -малък
Ferra.ru
Ако изглеждате оптимистични, тогава 10-15 години на реални клинични устройства на ново поколение. Но ще видим първите прототипи и пробивни статии за алгоритмите много по -рано, през следващите години.
Но това е всичко сега – промяна в парадигмата. В продължение на десетилетия разглеждахме разпръснатите фотони като пречка, но се оказа, че е като.
Оказва се, че квантовото объркване в медицината е инструмент в ръцете на лекарите, които някога ще помогнат за спасяването на нечий живот (а не без пръскаща идея за теоретични физици).
Ferra.ru
И това, виждате ли, рязко е от много джаджи, че различните офиси са щамповани в опаковки всеки ден.
Такива неща.
