磁外科学发展趋势及展望

磁外科(磁外科学)相关技术在过去40余年里取得了丰硕的成果,既解决了一些临床瓶颈问题,也优化了一些外科基本操作,展示出良好的发展前景.磁外科建立了自身的理论知识体系,同时也丰富了大外科体系架构,培养了一批致力于磁外科发展的医工结合专业人才.标志性的成绩表现在:相关的基础研究、临床研究在广度和深度上愈发完善,重要研究成果转化率也逐渐提高,相当多的技术切切实实地服务于临床,解决了临床实际问题.随着基础研究的深入和交叉领域的拓展,磁外科展示出巨大的发展空间,更蓄积了引领若干技术变革潜质.     

磁外科器械结构规划原则及相关思考

自20世纪70年代第一个磁外科器械出现以来,在随后的近50年里,磁外科器械取得了巨大的发展,解决了一系列复杂的临床问题,进一步优化了传统手术方式. Levita和LINX等具有代表性的磁外科器械相关成果发表于行业顶尖期刊,在外科学界及理工科学界产生了深远的影响.经各行业专家总结相关理论和应用体系,逐渐形成了一门学科——磁外科学,这是外科学的一个重要分支.近年来,在磁外科(磁外科)理论体系的指导下,磁外科更是取得了蓬勃的发展,各种极具创新性的磁外科器械层出不穷.但不容忽视的是,磁外科发展将会不断遇到重重阻碍.由于磁外科是一门交叉学科,需要外科学与理工科学进行深度融合.在此过程中,难免因为双方信息不匹配而延误磁外科的发展,最为代表性的问题便是如何对磁性器械进行合理、有效的结构规划这一磁外科最基本的问题.因此,本文将对磁外科器械结构规划的原则展开讨论,总结过去磁外科器械结构规划中所遇到的问题,并提出解决相应问题的潜在方法.     

磁外科技术在泌尿、妇产科中的应用进展

磁外科(磁外科学)是近年来建立的交叉性学科,经过不断革新与发展,现已初步形成磁外科学体系,主要包括磁压榨、磁锚定、磁导航、磁悬浮、磁示踪技术.特别是在消化道疾病诊疗和手术中,磁外科技术的应用高速发展,日趋成熟.泌尿、妇产科也在自身发展过程中不断吸收和融合磁压榨、磁锚定及磁导航技术原理,在创新诊疗方式、设计医疗器械、改进医疗操作等方面进行了一些探索,使得泌尿科及妇产科诊疗更为便捷、微创、精准、安全.但总体而言,磁技术在泌尿、妇产科的应用范围比较局限,基础研究薄弱,临床数据匮乏,发展进程较缓,至今在磁悬浮和磁示踪技术方面仍是空白.基于此,本文总结磁外科技术在泌尿、妇产科中的发展现状和应用进展,为临床和基础创新提供方向,以进一步融合、完善学科体系,促进磁外科与泌尿、妇产科的交互式发展.     

封面说明

正随着磁材料的不断发展,在外科领域利用磁性装置进行技术创新和革新越来越多,其中某些技术显示出极大的优越性和颠覆性,有大幅优化并部分取代传统技术的趋势.磁材料的改良、磁性装置在外科领域的广泛应用推动了外科技术的发展,逐渐形成了一个新的学科萌芽——磁     

磁外科技术在创伤领域的应用研究及展望

随着磁力和磁性材料的迅速发展及其在医学中的应用,外科领域产生了一个崭新的分支——磁外科.磁外科包括磁压榨、磁锚定、磁导航、磁示踪、磁悬浮等多项技术,在创伤救治领域中显示出极大优势.本文详细阐述磁相关技术的原理及优势,综述磁力和磁性材料在消化道重建、创伤后压迫止血、血管快速重建、骨折内固定等创伤治疗领域的研究现状和优缺点,并介绍磁外科技术在创伤领域的应用前景.     

生物复杂环境下的核磁共振技术和应用:机遇与挑战并存

核磁共振(nuclear magnetic resonance, NMR)技术是研究生物大分子结构、动力学和相互作用最理想的工具之一.近年来,高场NMR波谱仪的使用和NMR实验方法的不断创新,在很大程度上提高了NMR技术检测的灵敏度和分辨率,使NMR技术得到快速发展和广泛应用.目前,生命科学与物质科学的交叉融合使生命科学研究从观察、描述性科学转向定量、可预测性科学,多种学科交叉渗透发展已成为科学研究领域十分普遍的现象.在这种趋势下,生物复杂环境下的磁共振谱学研究体系日趋成熟,本文重点回顾和讨论了多学科交叉研究趋势下NMR技术在生物复杂体系中的应用和发展,主要包括复杂膜环境下的膜蛋白研究、复杂细胞环境下的细胞内NMR(in-cell NMR)研究以及骨组织的固体NMR研究等.     

磁外科学——以神奇之力撬动医学科技跨越发展

正"满眼生机转化钧,天工人巧日争新".外科学领域从最初设想试验用磁技术变革手术方式至今已有40多年的发展、演进历程.在临床医学、医学放射与医学影像、生物医学工程、生物物理学、材料学、仪器科学、机器人技术、应用物理学等理论和技术以及社会经济发展强烈推动下,在全方位全生命周期保障人民健康需求感召下,用磁技术解决外科问题已经有丰厚的知识和技术积累,在临床应用中优势凸显,呈现出跨学科融合、精准控制、无处不至等鲜明特色.磁外科具备     

浙江省科技馆科学院项目介绍

<正>浙江省科技馆科学院成立于2014年,致力于提高公民科学素养,构建校外科学知识体系,提供科学教育者交流平台。自成立以来,科学院积极整合优质科技教育资源,融合先进教学理念,举办丰富多彩的科技培训、活动,为孩子们带来有趣生动的体验。目前科学院课程主要针对幼儿园至小学阶段的孩子,拥有科学训练营、假日科学公益课堂、科学冬夏令营、馆校结合课程、科普研学活动等项目。     

浙江省科技馆科学院项目介绍

<正>浙江省科技馆科学院成立于2014年,致力于提高公民科学素养,构建校外科学知识体系,提供科学教育者交流平台。自成立以来,科学院积极整合优质科技教育资源,融合先进教学理念,举办丰富多彩的科技培训、活动,为孩子们带来有趣生动的体验。目前科学院课程主要针对幼儿园至小学阶段的孩子,拥有科学训练营、假日科学公益课堂、科学冬夏令营、馆校结合课程、     

磁导航技术的发展与临床应用

21世纪以来,随着工业化水平的不断提高,我们对磁导航系统进行了不断改造,计算机辅助技术、影像学技术等多学科的交叉融合,促进了磁导航技术的广泛应用.目前,该技术在心脑血管、消化道和呼吸道的导航中表现出极大的优势.磁导航手术系统作为该技术的操作平台,是多学科技术优化整合的产物.该系统的概念最初于1984年提出,历经四代产品的不断发展,其功能更加完善.与传统操作相比,磁导航技术创伤小、操作简单、治疗效果显著,有效地解决了操作中的空间位阻难题,实现了常规介入手段无法完成的操作.近年来,多中心的临床应用研究表明,磁导航下的血管介入具有更高的成功率,对于复杂病变更具有优势;磁控胶囊内镜明显缩短了检查时间,其检查适应症也进一步拓展;磁导航支气管镜提高肺外周病变的诊断率,在肺外周病变的定位与药物投送中发挥重要作用.尽管磁导航技术具有巨大的优势,但依然存在很多局限性:磁导航技术的应用有一定的适应症,对体内金属植入物可能造成不良影响.典型的梯度磁场无法实现对响应装置的更精确控制,磁控胶囊内镜的观察存在一定的视觉盲区,尚不能实现常规内镜下的治疗性操作.目前,该技术的研究方向集中在控制方式的探索、响应装置的设计以及应用范围的进一步扩展.例如,近年来出现的闭环控制方式、胶囊内镜针刺结构的植入等,以期待实现对响应装置更精确的控制与更多的内镜下操作.本文通过对磁导航技术发展过程的回顾,对其临床应用进行综述.     

磁吻合技术及应用

磁外科(磁外科学)作为一门新兴的技术型学科,以其广泛的应用前景得到了全世界众多研究者的关注.磁外科技术按照其应用方式和原理的不同分为以下5大类:磁压榨技术、磁导航技术、磁锚定技术、磁悬浮技术以及磁示踪技术.其中,磁压榨技术利用磁力的特殊性质来完成临床上某些特定的操作,如脏器的连接再通、组织的压榨闭合、管腔内容物的限流等.磁吻合技术作为磁压榨技术的重要分支,其本质是利用磁力代替缝线和钛钉的牵拉力来完成组织管腔吻合或再通的技术.目前,磁吻合在临床中主要应用于以下3个领域:消化道管腔吻合、消化道闭塞/狭窄的再通以及血管吻合.磁力消化道管腔可应用于不同消化道管腔之间的吻合,将消化道管腔吻合由传统的"贯穿式"吻合转变成"非贯穿"吻合,极大地简化了操作,降低了术后并发症.针对消化道管腔闭塞/狭窄疾病,磁吻合技术为此类疾病提供了一种新的治疗策略,无需通过开腹或者开胸便可完成管腔的再通,极大地减轻了病人的创伤以及手术相关并发症的发生,甚至可以为某些传统方法无法治疗的疾病提供解决方案.除此之外,磁吻合技术还可应用于血管的端-端、端-侧以及侧-侧吻合,吻合过程操作简便,可在极短的时间内完成器官血流的重建,缩短了靶器官的缺血或瘀血时间,使得术后并发症显著减少,该技术已在冠脉搭桥、门腔分流以及器官移植等手术中成功应用.磁性装置的表面改性处理以及外形设计是磁吻合技术在临床应用的两大关键问题.磁性装置的表面改性方案主要取决于其在生物体内停留的时间,而磁性装置的外形设计主要取决于拟吻合管腔局部的解剖因素和磁体导入途径以及吻合所需要的磁力大小.鉴于磁吻合技术在管腔吻合以及管腔闭塞疏通中的巨大应用潜质,未来磁吻合技术将在为其他腔道(输尿管、尿道等)吻合或疏通方面提供新的治疗策略.     

纳米材料介导的磁技术在外科疾病诊疗中的应用前景

外科技术的发展使得手术禁区逐渐减少,以往不能解决的许多病症采用新技术即可得到有效治疗.飞速发展的纳米材料和技术为外科的发展提供给了新的工具和方法.根据医学临床应用的需要,材料科学家们已经设计和开发出各种具有特殊功能和结构的纳米材料,实现传统材料难以达到的性能.其中,磁性纳米材料具有独特的磁学特性以及远程非接触式磁场可控的能力,在生物医学领域展现了巨大的应用潜力,是外科应用的一个不可或缺的重要发展方向.本文将聚焦于基于纳米材料的磁技术在外科疾病诊疗中的应用前景,主要从以下几个方面进行论述:医用磁性纳米材料的概述;纳米材料介导的磁技术在外科疾病诊断中的研究进展;纳米材料介导的磁技术在外科疾病治疗中的研究进展.     

中国科学技术大学重要科研机构介绍

1合肥微尺度物质科学国家实验室(筹)合肥微尺度物质科学国家实验室(筹)是在长期坚持学科交叉与融合的基础上,通过对相关重点实验室的优化整合,逐步形成的一个以多学科综合为特点、以国家重大战略需求和交叉前沿基础研究领域为导向的新型实验室.     

针刀医学基础理论体系的形成与完善

针刀医学是经过30年临床和基础研究,在中医理论的指导下,吸收现代自然科学和西医学的最新成果,在集成的基础上进行创新从而形成的一个新的医学学科,其基本内容是将部分中医基础理论现代化.本文着重论述了针刀医学的理论体系和诊疗技术创新,提出针刀医学的理论基础是现代生物物理学,并进行了较为详细的论述了生物物理学在医学上的应用.作者认为,针刀医学的发明及其理论体系的建立不仅极大地推进了中医现代化,而且还使西医跨上一个新台阶,提出了针刀医学研究领域内人体生物物理学数据库和人体气象学两个新概念和假说.     

脑机接口——脑信息读取与脑活动调控技术

脑机接口(brain-computer interface, BCI)技术通过建立大脑与外部设备之间直接的信息交流和信号控制通道,实现脑思维活动与外界通信和交互作用,从而进行脑信息读取、外部执行设备的控制,以及脑活动的调整和控制.脑机接口是一种多学科融合的交叉技术,涉及神经科学、计算机科学、通信与信息处理技术、人工智能技术等,展现了广阔的发展和应用前景,包括医疗与康复、科学与教育、自动驾驶、工业控制等.同时,脑机接口技术的发展和应用面临重要的技术以及法律和伦理方面的挑战.本文简要介绍脑机接口技术的基本原理和组成,从信号获取、神经解码和认知脑机接口等关键技术角度阐述了国内外研究现状:从技术角度,讨论了脑机接口技术面临生物兼容性、通信速率、信号获取和处理、神经解码、安全等方面的挑战;从伦理和法制角度,指出该技术面临隐私、自由意志、身份认同和社会公平等方面的挑战.最后,展望了脑机接口技术未来的研究方向和应用前景.     

我国肥料使用中存在的问题及对策

从我国化肥用量、结构和肥料管理3个角度出发,阐述了化肥生产和使用的基本现状以及存在的问题.必须通过调整肥料养分和产品类型来均衡作物必需的营养元素;通过肥料产业发展规划和政策法规管理来实现肥料可持续发展;应当以提高肥料利用率为核心,实施"以质量替代数量"的发展战略.建议通过技术措施、管理法规和科技创新来建立适合中国国情的绿色肥料保障体系.围绕绿色肥料,提出了科技界在构建绿色肥料保障体系过程中,需要重视和解决的关键科学问题:研究植物矿质营养学说与有机营养学说的融合;深入探究新型肥料作用机理与新产品创制技术,采用新技术革新大宗基础化肥;加强"肥料-土壤-植物"之间养分转化规律科学问题的梳理;探讨有机肥开发新的技术途径;呼吁创立以科学家、农学家、工业专家、企业家、政府主管部门共同主导的"科学的中国肥料体系".     

癌症个体精准化诊治的挑战和癌细胞纳米生物力学研究的应用前景

中国癌症负担日益加重的今天,临床上急需可以实现癌症早诊早治的方法以及可以在癌症各阶段对患者预后进行精确评估的手段.目前的癌症诊断金标准——病理学诊断对预后的评估能力有限,难以满足临床个体化治疗的要求.即使使用二代测序等先进的基因分析技术,所得的信息也往往是间接和局部的,无法在单细胞水平上对癌细胞的生物学行为,尤其是侵袭或转移的能力进行准确的判断.得益于近年来纳米和微流控技术的发展,研究人员在少量的细胞与组织样品上即可进行细胞生物力学性质与肿瘤微环境的定量分析,进而预测癌细胞的侵袭转移能力,对患者的预后进行快速精准评估.同时,也有研究发现,通过检测肿瘤细胞的生物力学性质,可以评估肿瘤细胞的耐药性和治疗反应.为应对目前临床对肿瘤诊断与治疗的新要求,本文阐述了癌细胞生物力学的分子机制基础研究与其在癌症诊治中可能的应用与展望.     

关注跨学科研究热

现代科学研究在不断分化并向纵深发展的同时,其交叉融合的跨学科研究特征也越加明显。跨学科研究一方面催生出新的学科增长点和前沿科学领域,丰富着人类的科学知识体系;另一方面,以其大跨度、深层次的综合性和系统性思维,为科学     

材料交叉前沿与颠覆性创新发展战略

正颠覆性创新往往源于新科学原理的发现,或者来自跨学科、跨领域技术融合创新,具有前沿性、超越性、突变性、不确定性和非共识性等鲜明特征,在追赶的惯性下常被忽视或误判[1,2].随着以量子计算、新概念材料、新能源和基因编辑技术等为代表的颠覆性创新的出现和被人们接受,以及以人工智能、互联网、云计算、大数据和移动终端等数字化平台为标志的技术融合时代的来临,学科之间的界限逐渐消失,     

大数据背景下的心理学:中国心理学的学科体系重构及特征

实验方法使得心理学思想成为了心理学学科,并以此建构起了西化的科学心理学体系.而大数据时代的来临极大地影响了心理学科的研究方式,使得心理学面临又一次的变革.大数据方法的特性与中国文化和中国人的认识论特征不谋而合,这给予了中国心理学摆脱西化影响,并重构中国化心理学学科体系以机遇.我们认为,中国心理学的学科体系可以遵循天、地、人相互关联的构建原则.从研究文化与精神的心理表征,到社会生活情境的制约影响,再到个体的知、行、情、理、德的身心体验.真正达到孔德所描述的人类最后科学的境界,即"具有社会特性的生物个体在文化情境中的行为",这就是我们提倡的中国的心理学.而在这种新的理论体系之下,以大数据为根本研究范式的中国心理学将会超越传统心理学中样本—总体、个体—规律、情境—实验、数据—行为的二维争辩特性,创建新的心理学研究范式.