كاشف أثر الماس: مقياس المغناطيسية الكمومي بالمنظار سيخبر الجراح بمكان البحث عن العقد الليمفاوية الحارسة

عرض فيزيائيون من جامعة وارويك نموذجًا أوليًا لمقياس مغناطيسية ماسي بالمنظار لجراحة الأورام. يستخدم المستشعر مراكز النيتروجين الشاغرة (NV) في الماس، ويقرأ المجالات المغناطيسية الصادرة عن كاشف أكسيد الحديد MagTrace™ - وهو نفس الكاشف المستخدم في خزعة العقدة الليمفاوية الخافرة في جراحة الثدي. يسجل الجهاز كتلة حديدية تبلغ 0.56 ملغ فقط على مسافة تصل إلى 5.8 مم - وهذا أقل بحوالي 100 مرة من الجرعة الموصى بها من كاشف الحديد؛ وعند التركيزات الأعلى، تزداد مسافة العمل إلى 14.6 مم. لا يتجاوز قطر "رأس" المستشعر 10 مم، مما يسمح بتركيبه على المناظير الداخلية ومناظير البطن.

خلفية الدراسة

خزعة العقدة الليمفاوية الخافرة (SLNB) هي المعيار لتحديد مرحلة سرطان الثدي المبكر وعدد من الأورام الأخرى: تُزال العقد "الأولى" على طول التصريف الليمفاوي لمعرفة ما إذا كان الورم قد دخل الجهاز الليمفاوي، متجنبًا تشريحًا أكثر صدمة. يعتمد التشخيص التقليدي على استخدام النظائر المشعة + الصبغة الزرقاء، إلا أن لهذه الطريقة عيوبها: تعقيدات إشعاعية، وضيق الوقت، وردود فعل تحسسية نادرة، وقيود على الإجراءات طفيفة التوغل. لذلك، تتطور بدائل بنشاط - أكاسيد الحديد فائقة المغناطيسية (SPIO)، على سبيل المثال، المتتبع السريري MagTrace®، المعتمد من قِبل المعهد الوطني للتميز في الرعاية الصحية (NICE) وإدارة الغذاء والدواء الأمريكية (FDA) بالتزامن مع مسبار Sentimag. يمكن إدخال هذه العلامات قبل دقائق أو أسابيع من الجراحة، وتبقى في العقد وتكون مرئية بواسطة أجهزة الاستشعار المغناطيسية في غرفة العمليات.

مع ذلك، عادةً ما تكون المجسات المغناطيسية الحالية أجهزة محمولة باليد مزودة بمغناطيس دائم ومستشعر هول: وهي تعمل، لكن حساسيتها وعامل شكلها يحدان من استخدامها في التنظير الداخلي وتنظير البطن، كما أن عتبة الكشف تشجع على استخدام حقن التتبع بجرعة كاملة. الأداة المثالية للجراح هي مسبار صغير الحجم ومعقم، قادر على "رؤية" كميات صغيرة جدًا من SPIO على مسافات سنتيمترات، ويعمل دون الحاجة إلى مغناطيسات مغناطيسية ضخمة.

في ضوء ذلك، تبدو المستشعرات الكمومية على الماس منصةً واعدةً: فمراكز النيتروجين الشاغرة (NV) في الماس تُمكّن من قراءة المجال المغناطيسي بصريًا (ODMR) في درجة حرارة الغرفة، دون الحاجة إلى مُبرِّدات؛ ويمكن تصنيع الأجهزة باستخدام الألياف البصرية، مما يُخرج الليزر والكاشفات من المنطقة المعقمة. في السنوات الأخيرة، عُرضت مقاييس مغناطيسية مدمجة لمراكز النيتروجين الشاغرة (NV) في التطبيقات الطبية الحيوية، بما في ذلك تسجيل إشارات الجسيمات النانوية المغناطيسية. تُنظّم أوراق المراجعة طرقًا لزيادة الحساسية وتؤكد إمكانات الماس لمراكز النيتروجين الشاغرة (NV) كمنصة لأجهزة قياس المغناطيسية التطبيقية.

يُسدّ تطورٌ جديدٌ من جامعة وارويك هذه الفجوة: فقد عُرض جهاز قياس مغناطيسية ماسي NV بالمنظار، يكشف عن مادة التتبع السريرية MagTrace®. يكشف النموذج الأولي عن كتلة حديد تصل إلى 0.56 ملغ على مسافة تصل إلى 5.8 مم (أقل بـ 100 مرة من الجرعة الموصى بها)، ويعمل بتركيزات تصل إلى 2.8 ملغ/مل على مسافة تصل إلى 14.6 مم؛ ويتوافق قطر "رأس" المستشعر، الذي يقل عن 10 مم، مع المناظير الداخلية والمناظير البطنية. إذا تم تأكيد هذه المعايير في الجسم الحي، يمكن لهذه التقنية تقليل جرعات التتبع المطلوبة، وتبسيط التنقل في الجراحة طفيفة التوغل، وتقليل الاعتماد على النظائر المشعة. في الوقت الحالي، يُعد هذا نموذجًا أوليًا مختبريًا ينتظر المعايرة في الأنسجة الحية والمقارنة المباشرة مع الأنظمة الحالية، ولكن المسار "الكمي" إلى العيادة واضح بالفعل.

كيف يعمل هذا

يحتوي المستشعر على بلورة دقيقة من الماس تحتوي على شوائب NV. يُضبط ليزر أخضر وإشارة ميكروويف مراكز NV، ويتغير تألقها عند دخولها مجالًا مغناطيسيًا. توفر قراءة الرنين البصري (ODMR) هذه حساسية عالية في درجة حرارة الغرفة، دون الحاجة إلى مواد مبردة أو موصلات فائقة. في الجهاز الجديد، يتصل "رأس" الماس ببقية الأجهزة البصرية عبر ألياف ضوئية، حيث تبقى جميع الإلكترونيات الثقيلة خارج المجال المعقم، ولا يُحضر للمريض سوى مستشعر صغير الحجم - مناسب لغرفة العمليات.

لماذا يحتاج جراحو الأورام إلى هذا؟

في سرطان الثدي (وعدد من الأورام الأخرى)، من المهم للجراح تحديد العقد اللمفاوية الحارسة وإزالتها بدقة، وهي العقد التي تتجه إليها خلايا الورم أولاً. تُعد المتتبعات المغناطيسية القائمة على أكسيد الحديد فائق المغناطيسية بديلاً آمنًا للنظائر المشعة والأصباغ (مع مخاطر التخدير والحساسية). يُضيف مستشعر الماس الكمي دقةً واكتنازًا لهذه التقنية: فكلما انخفضت عتبة الكشف وصغر حجم المستشعر، كان من الأسهل والأسرع رؤية "الأثر المغناطيسي" للعقدة، حتى في الإجراءات التنظيرية.

حقائق وأرقام رئيسية

• عتبة كتلة الحديد: 0.56 ملغ تم اكتشافها على مسافة تصل إلى 5.8 مم (≈100 × أقل من الجرعة الموصى بها).
• عتبة التركيز: 2.8 ملغ/مل (≈20 × أقل من الموصى به) - مع مسافة عمل تصل إلى 14.6 ملم.
• أبعاد المستشعر: "الرأس" ≤10 مم في القطر - متوافق مع التنظير الداخلي / تنظير البطن.
• التطبيق: الكشف عن أكسيد الحديد المتتبع MagTrace™ (Endomag/Endomagnetics) في جراحة الثدي.

كيف يختلف هذا عن المجسات الموجودة؟

حاليًا، تستخدم غرف العمليات مستشعرات مغناطيسية يدوية مزودة بمغناطيس دائم ومستشعر هول. وقد أثبتت فعاليتها، لكن حساسيتها وشكلها محدودان. مقياس المغناطيسية الماسي NV:

• يعمل بدون مغناطيسية بواسطة مغناطيسات ضخمة،
• يقرأ المجالات الضعيفة من كميات صغيرة من المادة المتتبعة،
• يتناسب مع عامل الشكل التنظيري،
• يسمح بإزالة الألياف البصرية خارج المنطقة المعقمة.

ماذا يعني هذا بالنسبة للمريض (وغرفة العمليات)

في سيناريو مثالي، يحصل الجراح على "مؤشر كمي": بتوجيه مسبار رفيع إلى الأنسجة، يرى أين يكون الأثر المغناطيسي للمتتبع أقوى، ويبحث عن العقدة الحارسة هناك. هذا يمكن أن:

• تقليل وقت البحث وحجم القطع؛
• تقليل جرعة المادة المتعقبة المُعطاة (مع الحفاظ على الموثوقية)؛
• المساعدة في التدخلات الأقل تدخلاً - في الصدر والبطن والحوض؛
• تقليل الاعتماد على النظائر المشعة والخدمات اللوجستية للعلامات النووية.

السياق والتقييمات المستقلة

المنشور في مجلة "Physical Review Applied" مفتوح المصدر ومرخص بموجب ترخيص CC BY 4.0؛ وقد أصدرت جامعة وارويك بيانًا صحفيًا بعنوان "ألماس يساعد في اكتشاف السرطان"، مسلطًا الضوء على سهولة حمل المسبار وقطره التنظيري. وتشير المنشورات المتخصصة للأطباء والمهندسين إلى أن الحساسية التي تقل عن الجرعات السريرية تُعد خطوة مهمة نحو غرفة عمليات حقيقية.

ما الذي يحتاج إلى التحقق منه أيضًا (قائمة مهام صادقة)

• التعقيم وبيئة العمل: "أغطية" يمكن التخلص منها، والارتباط بالمناظير، وراحة المساعدين.
• المعايرات في الأنسجة الحية: تأثير الدم والدهون وعمق العقدة والأجهزة المعدنية على الإشارة.
• المقارنات المباشرة: مقابل المجسات المغناطيسية الحالية والملاحة النووية المشعة - من حيث الدقة والوقت و"الأهداف الزائفة".
• المسار التنظيمي: معايير التوافق الكهرومغناطيسي وقاعدة الأدلة للموافقة عليها في بلدان مختلفة.

لماذا مراكز الماس و NV

تتميز مراكز NV بحساسية كمية للمجالات المغناطيسية وقراءة الإشارات الضوئية: يسمح هذا المزيج ببناء مستشعرات مدمجة ومستقرة تعمل في درجة حرارة الغرفة. يُعد هذا أمرًا بالغ الأهمية للطب: لا حاجة لمبردات، وبدء تشغيل سريع، ونمطية (يتم إزالة الليزر وكاشف الضوء من المريض عبر الألياف الضوئية)، وإمكانية التوسع في دفعات سريرية.

خاتمة

يرصد جهاز قياس المغناطيسية الماسي الجديد بالمنظار بثقة الأثر المغناطيسي لمتتبع سريري بجرعات أقل من المعتاد، ويتناسب مع عامل شكل 10 مم. إذا أكدت الاختبارات القادمة ثباته في بيئة الجراحة، فسيكون لدى الجراحين مساعد كمي صغير الحجم ولطيف لاكتشاف العقد الليمفاوية الحارسة - من الجراحات المفتوحة إلى تنظير البطن والتنظير الداخلي. وهذه حالة نادرة حيث تكون أجهزة الاستشعار الكمي جاهزة تقريبًا للانتقال إلى عيادة حقيقية.

المصدر: إيه جيه نيومان وآخرون. مقياس مغناطيسية ماسي بالمنظار لجراحة السرطان. مجلة المراجعة الفيزيائية التطبيقية، العدد 24، 024029 (12 أغسطس 2025). معرف الوثيقة الرقمية: https://doi.org/10.1103/znt3-988w