גלאי עקבות יהלום: מגנטומטר קוונטי אנדוסקופי יגיד למנתח היכן לחפש בלוטות לימפה זקיף

פיזיקאים מאוניברסיטת וורוויק הדגימו אב טיפוס של מגנטומטר יהלום אנדוסקופי לאונקוסקופיה. החיישן משתמש במרכזי חנקן ריק (NV) ביהלום וקורא שדות מגנטיים מהמכשיר MagTrace™ למעקב אחר תחמוצת ברזל - אותו מכשיר המשמש בביופסיה של בלוטות הלימפה הזקיף בניתוחי שד. המכשיר רושמת מסת ברזל של 0.56 מ"ג בלבד במרחק של עד 5.8 מ"מ - זהו פחות פי 100 בערך מהמינון המומלץ של המכשיר; בריכוזים גבוהים יותר, מרחק העבודה עולה ל-14.6 מ"מ. קוטר "ראש" החיישן אינו עולה על 10 מ"מ, כך שניתן להתקין אותו על אנדוסקופים ולפארוסקופים.

רקע המחקר

ביופסיה של בלוטת הלימפה הזקיף (SLNB) היא הסטנדרט לקביעת בשלב מוקדם של סרטן השד ומספר גידולים אחרים: הצמתים "הראשונים" לאורך הניקוז הלימפטי מוסרים כדי להבין האם הגידול נכנס למערכת הלימפה, ובכך להימנע מדיסקציה טראומטית נוספת. ניווט קלאסי הוא באמצעות איזוטופ רדיואקטיבי + צבע כחול, אך לשיטה חסרונותיה: לוגיסטיקה רדיולוגית, חלונות זמן מוגבלים, תגובות אלרגיות נדירות ומגבלות עבור הליכים זעיר פולשניים. לכן, חלופות מתפתחות באופן פעיל - תחמוצות ברזל סופר-פאראמגנטיות (SPIO), לדוגמה, המעקב הקליני MagTrace®, שאושר על ידי NICE וה-FDA בשילוב עם גלאי Sentimag. סמנים כאלה יכולים להיות מוכנסים דקות או שבועות לפני הניתוח, הם נשארים בצמתים וניתנים לזיהוי באמצעות חיישנים מגנטיים בחדר הניתוח.

עם זאת, גלאים מגנטיים קיימים הם בדרך כלל מכשירים ידניים עם מגנט קבוע וחיישן הול: הם עובדים, אך הרגישות וגורם הצורה מגבילים את השימוש בהם באנדוסקופיה ולפרוסקופיה, וסף הגילוי מעודד שימוש בזריקות נותב במינון מלא. הכלי האידיאלי עבור המנתח הוא גלאי מיניאטורי ותואם לסטרילי שיכול "לראות" כמויות קטנות מאוד של SPIO במרחקים של סנטימטרים ולפעול ללא מגנטים מגנטיים מסיביים.

על רקע זה, נראה כי חיישנים קוונטיים על יהלומים מהווים פלטפורמה מבטיחה: מרכזי חנקן ריק (NV) ביהלום מאפשרים לקרוא אופטית את השדה המגנטי (ODMR) בטמפרטורת החדר, ללא קריוגנים; ניתן לייצר מכשירים כסיבים אופטיים, ולהוציא לייזרים וגלאים מהאזור הסטרילי. בשנים האחרונות, הוצגו מגנטומטרים קומפקטיים של חנקן ריק עבור יישומים ביו-רפואיים, כולל להקלטת אותות מחלקיקים ננומטריים מגנטיים. מאמרי סקירה מסדרים דרכים להגברת הרגישות ומאשרים את הפוטנציאל של יהלומי חנקן ריק כפלטפורמה למגנטומטרים יישומיים.

פיתוח חדש מאוניברסיטת וורוויק סוגר את הפער הזה: הוצג מגנטומטר יהלום NV אנדוסקופי המזהה את הנותב הקליני MagTrace®. האב טיפוס מזהה מסת ברזל עד 0.56 מ"ג במרחק של עד 5.8 מ"מ (פי 100 פחות מהמינון המומלץ) ועובד עם ריכוזים של עד 2.8 מ"ג/מ"ל במרחק של עד 14.6 מ"מ; קוטר "ראש" החיישן ≤10 מ"מ תואם לאנדוסקופים ולפרוסקופים. אם פרמטרים אלה יאושרו in vivo, הטכנולוגיה יכולה להפחית את מנות הנותבים הנדרשות, לפשט את הניווט בניתוחים זעיר פולשניים ולהפחית את התלות ברדיואיזוטופים. לעת עתה, זהו אב טיפוס מעבדתי הממתין לכיול ברקמה חיה ולהשוואה ראש בראש עם מערכות קיימות, אך הנתיב "הקוונטי" למרפאה כבר נראה לעין.

איך זה עובד

בתוך החיישן נמצא מיקרו-גביש של יהלום עם זיהומים של תהודה אופטית (NV). לייזר ירוק ואות מיקרוגל מכוונים את מרכזי ה-NV, והאור שלהם משתנה כשהם נכנסים לשדה מגנטי. קריאת תהודה אופטית זו (ODMR) מספקת רגישות גבוהה בטמפרטורת החדר, ללא קריוגנים ומוליכי-על. במכשיר החדש, "ראש" היהלום מחובר באמצעות סיב אופטי לשאר האופטיקה: כל האלקטרוניקה הכבדה נשארת מחוץ לשדה הסטרילי, ורק חיישן מיניאטורי מובא למטופל - נוח לחדר הניתוח.

למה מנתחים אונקולוגיים צריכים את זה?

בסרטן השד (ובמספר גידולים אחרים), חשוב שהמנתח ימצא ויוציא במדויק את בלוטות הלימפה הזקיף - אלו שאליהן תאי הגידול מגיעים ראשונים. נותבי מעקב מגנטיים המבוססים על תחמוצת ברזל סופר-פאראמגנטית הם אלטרנטיבה בטוחה לאיזוטופים רדיואקטיביים ולצבעים (עם סיכונים הרדמה ואלרגיות). חיישן יהלום קוונטי מוסיף עדינות וקומפקטיות לטכניקה זו: ככל שסף הגילוי נמוך יותר והחיישן קטן יותר, כך ניתן לראות מוקדם יותר ונוח יותר את "העקבה המגנטית" של הבלוט - עד להליכים אנדוסקופיים.

עובדות ומספרים מרכזיים

• סף מסת ברזל: 0.56 מ"ג זוהה במרחק של עד 5.8 מ"מ (פחות פי 100 מהמינון המומלץ).
• סף ריכוז: 2.8 מ"ג/מ"ל (פחות מ-20 פעמים מהמומלץ) - עם מרחק עבודה של עד 14.6 מ"מ.
• מידות חיישן: קוטר "ראש" ≤10 מ"מ - תואם לאנדוסקופיה/לפרוסקופיה.
• יישום: גילוי של חומר מעקב תחמוצת הברזל MagTrace™ (Endomag/Endomagnetics) בניתוחי שד.

במה זה שונה מהגשושים הקיימים?

כיום, חדרי ניתוח משתמשים בחיישנים מגנטיים ידניים עם מגנט קבוע וחיישן הול - הם הוכיחו את פונקציונליותם, אך הרגישות והפורמט שלהם מוגבלים. מגנטומטר Diamond NV:

• עובד ללא מגנטיזציה על ידי מגנטים מסיביים,
• קורא שדות חלשים מכמויות קטנות של נותב,
• מתאים לגודל אנדוסקופי,
• מאפשר הוצאת סיבים אופטיים מחוץ לאזור הסטרילי.

מה המשמעות של זה עבור המטופל (ועבור חדר הניתוח)

בתרחיש אידיאלי, המנתח מקבל "מצביע קוונטי": על ידי הצמדת גלאי דק לרקמה, הוא רואה היכן העקיבה המגנטית של המעקב חזקה יותר - ומחפש שם את בלוטת הזקיף. זה יכול:

• להפחית את זמן החיפוש ואת נפח החיתוכים;
• להפחית את מינון הנותב הניתן (תוך שמירה על אמינות);
• לסייע בהתערבויות זעיר פולשניות - בחזה, בבטן, באגן;
• להפחית את התלות ברדיואיזוטופים ובלוגיסטיקה של סימון גרעיני.

הערכות הקשר ועצמאיות

הפרסום ב-Physical Review Applied הוא גישה פתוחה ומורשה תחת CC BY 4.0; אוניברסיטת וורוויק פרסמה הודעה לעיתונות, "יהלומים שעוזרים למצוא סרטן", המדגישה את הניידות ואת הקוטר האנדוסקופי של הגשושית. פרסומים מיוחדים לרופאים ומהנדסים מציינים כי רגישות מתחת למינונים קליניים היא צעד חשוב לקראת חדר ניתוח אמיתי.

מה עוד צריך לבדוק (רשימת מטלות כנה)

• סטריליות וארגונומיה: "כיסויים" חד פעמיים, חיבור לאנדוסקופים, נוחות לעוזרים.
• כיולים ברקמות חיות: השפעת דם, שומן, עומק קשריות ומכשירים מתכתיים על האות.
• השוואות ראש בראש: לעומת גששים מגנטיים נוכחיים וניווט רדיונוקלידי - מבחינת דיוק, זמן ו"מטרות שווא".
• נתיב רגולטורי: תקני EMC ובסיס ראיות לאישור במדינות שונות.

למה מרכזי יהלומים ומרכזי נבדה

למרכזי NV יש רגישות קוונטית לשדות מגנטיים ולקריאת אותות אופטיים: שילוב זה מאפשר בניית חיישנים קומפקטיים ויציבים הפועלים בטמפרטורת החדר. זה קריטי לרפואה: ללא קריוגנים, הפעלה מהירה, מודולריות (לייזר וגלאי אור מוסרים מהמטופל באמצעות סיב אופטי), פוטנציאל להרחבה לקבוצות קליניות.

מַסְקָנָה

המגנטומטר היהלום האנדוסקופי החדש "רואה" בביטחון את המעקב המגנטי של נותב קליני במינונים נמוכים מהרגיל ומתאים לגודל של 10 מ"מ. אם בדיקות עתידיות יאשרו יציבות בסביבת הניתוח, למנתחים יהיה עוזר קוונטי, קומפקטי ועדין למציאת בלוטות לימפה זקיף - החל מניתוחים פתוחים ועד לפרוסקופיה ואנדוסקופיה. זהו מקרה נדיר כאשר הסנסוריות הקוונטיות כמעט מוכנות לחצות את הסף למרפאה אמיתית.

מקור: AJ Newman ואחרים. מגנטומטר יהלום אנדוסקופי לניתוחי סרטן. Physical Review Applied 24, 024029 (12 באוגוסט 2025). DOI: https://doi.org/10.1103/znt3-988w