עוד לפני שנת 2050, אחד מכל שלושה אנשים על כדור הארץ יהיה אדם שגילו מעל 65. תוחלת החיים עולה ועמה מתרבים ומסתבכים האתגרים הכלכליים, החברתיים והרפואיים שעומדים בפני האנושות. מספר הרופאים ביחס לחולים הולך ויורד, הזמן שרופא מקדיש לחולה מסתכם בדקות אחדות ובבתי החולים אין מיטות פנויות. המגמה העולמית היא לעבור לטיפול ביתי.
"במעבדה שלנו אנחנו מנסים ליצור 'רופא טכנולוגי', שיהיה אצל כל אחד מאיתנו בבית. רופא דיגיטלי שיעקוב אחר הפעילויות הפיזיולוגיות שלנו וינטר אותן כל העת", אומר פרופ' זאב זלבסקי, ממקימי הפקולטה להנדסה ע"ש אלכסנדר קופקין והמכון לננו־טכנולוגיה ולחומרים מתקדמים של אוניברסיטת בר־אילן. "יעילותו היא ברפואה מונעת ובאבחון מוקדם של בעיות, עוד לפני שהתפתחו למחלות, והוא יעשה זאת בעלויות זניחות".
פרופ' זלבסקי שירת כקצין ביחידת המחקר והפיתוח של חיל האוויר ובהמשך היה שותף בהקמה של חברות ההזנק אקספליי, אקסיד, סיבקום, קונטיניוס ביומטריקס, זי סקואר, לנס פרי ועוד. עבודתו במעבדה יישומית מטבעה, ונעשית בשיתוף פעולה הדוק עם רופאים, עם התעשייה ועם מדענים מהארץ ומהעולם.
התועלת של המכשירים שמפתח פרופ' זלבסקי בתחום הביו־רפואי כפולה: האדם נותר בסביבתו הטבעית, ומגיע אל הרופא עם תוצאות של בדיקות ומעקב מתמשך. כך, העומס על המדינה פוחת. "תחומי המחקר המרכזיים שלי מזינים אלו את אלו. בתחום האופטיקה המרחבית אני עוסק בסופר־רזולוציה, שם אנו מנסים להתגבר על מגבלות פיזיקליות ולשפר רזולוציה במערכות אופטיות, וכן בחישה ביו־רפואית מרחוק. דוגמאות לפיתוחים שבהם אנו עוסקים בתחום זה הם פיזור אור במרחב לצורכי האזנה מרחוק (ציתות, ז"ע), חישה של פרמטרים ביו־רפואיים מרחוק וגם חישת תלת־ממד. התחום השני והמשלים של המחקר הוא פיתוח רכיבים אלקטרואופטיים, המטמיעים את היכולות הטכנולוגיות שהגענו אליהן במכשירים, החל בממדים ננו־מטריים ועד התקנים גדולים".
הרקע האופטי של פרופ' זלבסקי הוא מולטי־דיסציפלינרי: העבודה המשותפת שלו עם רופאים בבתי חולים ברחבי הארץ חושפת אותו לצרכים של החולים ושל הרופאים, ההבנה המעשית שהוא מביא עמו כיצד לבנות את המכשירים מעלה את הסיכויים שהיישומים יהיו מוצלחים, מדויקים ושמישים.
שומעים את האורות
המכשירים שפיתח פרופ' זלבסקי, שעל שמו רשומים יותר מ־58 פטנטים, הם המצאות גדולות ופורצות דרך שמקדמות את המדע ואת האנושות. הן משנות את המציאות שבה אנו חיים ומשפיעות על כולנו בבריאות, בביטחון ובחיי היומיום. בין השאר הוא פיתח אנדוסקופ – סיב אופטי שאליו מחוברת מצלמה המשמש לצרכים רפואיים, שקוטרו כקוטר שערה והוא מחליף את האנדוסקופ הקיים שקוטרו 3־5 מילימטרים. החדרתו של האנדוסקופ הזעיר לגוף האדם, לסריקת איברים פנימיים, לכלי דם עדינים, היא פולשנית פחות וגורמת פחות נזקים, ובכל זאת מאפשרת לקבל תמונה ברזולוציה טובה מאוד ולטפל בחולה.
טכנולוגיית החישה מרחוק שמפתח פרופ' זלבסקי מאפשרת היום למדוד תנודתיות אור בדיוק ננו־מטרי והביאה לייצורו של ה"אופטופון", שעליו הוא קיבל את פרס החוקר הצעיר בתחום מדעי הננו והננו־טכנולוגיה. "הבסיס של הטכנולוגיה ב'אופטופון' הוא קרן לייזר המאירה על משטח כלשהו, ומצלמה המנתחת את תנודות האור המוחזר מאותו משטח בדיוק גבוה מאוד", מסביר פרופ' זלבסקי. "אם המשטח הוא ראש של אדם, אפשר לצותת למה שהוא אומר, גם אם הוא מפנה אלינו את גבו. הראש שלנו הוא כמו תיבת תהודה, והרטיטות נקלטות במערכת ומִתַרגמות למה שהאדם אומר. אם אני מאיר בלייזר על הטלפון שאותו אדם מחזיק בידו, רטיטות המכשיר הן שנקלטות, ואנו יכולים 'לשמוע' מה נאמר בטלפון.
"הטכנולוגיה הזאת משמשת אותנו לסייע לילדים שסובלים מדלקות אוזניים. דלקות אלו נגרמות מהצטברות נוזל מאחורי עור התוף, ופעמים רבות ילדים מגיעים לטיפול כאשר עור התוף כבר נקרע ונגרם נזק ממשי. במחלקת אף־אוזן־גרון בבית החולים שיבא בתל השומר אנו מספקים בדיקה מוקדמת לגילוי הדלקת. אנו מאירים בלייזר על עור התוף, ועל פי התנודות שמתקבלות אנו יכולים לזהות הצטברות נוזלים מאחוריו, עוד לפני שהחומר הדלקתי פורץ את עור התוף.
"גם בצמיד ובשעון הביו־רפואי שפיתחנו מיושמת אותה טכנולוגיה – ההבדל הוא רק טווח המדידה. גם את הפרמטרים הביו־רפואיים אני חש באמצעות הקרנת לייזר, למשל, על פרק כף היד של האדם ובדיקת הרעידות כתוצאה מפעימות לבו. את המידע הזה מתרגמים לפרמטרים ביו־רפואיים, כמו בשעון של אפּל. אנחנו מיישמים את הטכנולוגיה הזאת כבר כמה שנים; היא מוסחרה לחברת ההזנק קונטיניוס ביומטריקס, חברה מצליחה שהושקעו בה כספים רבים".
חיישנים גם בחולצה
היום מקובל שלכל פרמטר שחפצים לבדוק נדרש חיישן ייחודי, אולם הדבר אינו מעשי, שכן אי אפשר לשים עשרים חיישנים על היד. מבחינה זו, החיישן שפיתח פרופ' זלבסקי הוא חדשני וייחודי, מפני שהוא חש פרמטרים רבים: נשימות ופעימות לב, לחץ דם, רמת סוכר וקרישיות בדם, ריכוז חמצן וכמות אלכוהול בדם ועוד. נוסף על כך, החיישנים משמשים גם לזיהוי של המשתמש על סמך רעש הלב, שנקלט ברמת דייקנות גבוהה. הדיוק כה גבוה, שהוא מאפשר זיהוי ביומטרי של האדם – שכן לכל אחד מאיתנו רעש לב שונה מעט.
"במעבדה אנחנו לוקחים את הטכנולוגיה הזאת צעד אחד קדימה ועובדים על שילובה בתוך בד, בחולצות, בגרביים וכדומה – וגם כאן יש ייחוד למוצרים שלנו, שאינם צריכים להיות צמודים לגוף ולהפריע. קהל היעד הוא אתלטים, חיילים וקשישים, שכל ציוד נוסף מכביד עליהם. היום יש חזיות עם סנסור, שעל פי מתיחת הבד 'חש' נשימות. לגברים יש חולצות צמודות שחשות פעימות לב, וכן גרביים צמודים עם אותן יכולות.
"אנחנו מפתחים בגדים רגילים ונוחים, והחיישנים שלנו חשים פרמטרים ביו־רפואיים רבים שמועילים לא רק לספורטאים אלא גם למשל לקשישים: במקום בבית חולים, הקשיש יושב בביתו והבגדים מנטרים את הנתונים שצריכים מעקב. לבגד יש יתרונות נוספים בעיקר כאשר מדובר באנשים מבוגרים, שלעתים שוכחים לענוד צמיד או שעון, אבל ללבוש חולצה אף אחד מאיתנו לא ישכח". הטכנולוגיה הזאת כבר נמצאת בשלבי מסחור באחת מהחממות הטכנולוגיות בארץ.
עיניים בגב
לפיתוח מרתק נוסף של פרופ' זלבסקי יש אפשרויות, שאם לא היו ישימות כבר כעת היינו אומרים שהן בדיוניות. פרופ' זלבסקי פיתח משקפיים שעליהם מצלמה חיצונית זעירה, המעבדת תמונה ומשדרת אותה באופן אלחוטי לקרנית של אדם עיוור או של אדם רואה. המשקפיים מפעילים מערך של אלקטרודות מרחביות המייצרות גלי לחץ מרחביים על פני הקרנית ומגרות את אזור התחושה בקרנית לפי האינפורמציה המרחבית החזותית שהגיעה מהמצלמה. המידע מועבר אז לאזורים המעבדים מידע חושי במוח, והמוח מצליח 'לראות' באמצעות תחושה את המידע החזותי שנקלט במצלמה.
"אם אנחנו עוצמים עיניים ומושיטים יד קדימה ונוגעים בחפץ שנמצא מולנו, אנו יכולים לתאר לעצמנו כיצד החפץ נראה", מסביר זלבסקי. "המשקפיים שלנו חוסכים את הושטת הידיים. המצלמה מביאה את התמונה אלינו, ובמקום למשש בקצות האצבעות ממששים עם הקרנית. המשקפיים מאפשרים גם לעיוורים מלידה לראות, ולאנשים רואים היא יכולה לספק מידע נוסף על זה הנקלט בחוש הראייה הרגיל, שכן למשקפיים עדשות שקופות שאינן מפריעות לראייה הרגילה.
דוגמאות רבות יש לשימושי המשקפיים האלה. למשל: נהיגה ברכב תוך שימוש באפליקציית Waze לניווט – למרות ההוראות הקוליות, אנחנו נוטים להביט במסך. באמצעות רכיב מסוים ישדר הטלפון חץ ימינה או שמאלה, והאדם יחוש אותו בקרנית ללא צורך להטות את המבט מהכביש; חיילים יוכלו להתקין את המצלמה על גבם, בעין יראה החייל את מה שקורה מלפניו ובאמצעות המשקפיים יחוש ויראה את מה שמתרחש מאחורי גבו. אפשרות נוספת היא שהמצלמה תותאם לראיית לילה ותספק לחייל מידע חזותי במצב שבו הראייה הרגילה מוגבלת. ניסויים קליניים ראשוניים הוכיחו יכולת לזהות עצמים פשוטים, אבל אלו עדיין שלבים ראשוניים; עבודה מחקרית ומשאבים רבים עוד דרושים לפיתוח הטכנולוגיה המהפכנית הזאת שעתידה, בין היתר, להחליף את השתלת הרשתית המלאכותית, שהיא הליך פולשני, מורכב ויקר.
בדיקת סי־טי אחת
בחממת 'סנרה' ברעננה עובדים כעת על טכנולוגיה שפיתח פרופ' זלבסקי: בהחלפת רכיב אחד בלבד היא מאפשרת הקטנה מהותית של הקרינה במהלך בדיקת סי־טי. מכשיר זה מקרין לתוך המטופל כדי לסרוק את גופו. כאשר מדובר בסריקת המוח, למשל, דרושות למכשיר הרגיל יותר מ־400 הקרנות – מדובר בכמויות קרינה עצומות, שמסכנות את בריאות המטופלים. נוסף על כך, אצל אנשים כבדי משקל, השומן בולע את קרינת הרנטגן ותוצאות הסריקה גרועות. השינוי שיצר פרופ' זלבסקי הפך את המכשיר מכזה שעובד על היטלים למכשיר דימות, ולא רק שהמהלך הפחית את כמות הקרינה וההקרנות הדרושות לביצוע בדיקה אלא גם שיפר מהותית את הרזולוציה של התמונות ואת המידע שאפשר לשאוב מהן.
כדי שיהיה אפשר למצות באופן מיטבי את הטכנולוגיות הללו, שכולן נסמכות על היכולת לאגור ולנתח נתוני־עתק (Big Data) וגם להגן על המידע ולבצע חישובים מהירים – יצר פרופ' זלבסקי מחשב אופטי הבנוי כמו המוח האנושי שלנו, יושב בתוך סיב ומסוגל להתמודד ביעילות עם המשימות ולבצע חישובים כלליים רחבי פס וזאת בהספק נמוך ומבלי להתחמם. ה"מוח" הזה מסוגל לעכל את הנתונים הרבים ולהפיק מהן תובנות. מעבד אופטי עומד בתשתית הטכנולוגיה שנמצאת כעת בשלבי מסחור, והוא פועל בהשקה עם כל האפליקציות שהוזכרנו ועוד רבות אחרות.
לפרופ' זלבסקי עוד עשרות התקנים. שיתופי הפעולה שלו עם התעשייה, עם משרד הכלכלה ועם משרד הביטחון נפרשים על פני תחומים מגוונים: מפיתוח מצלמה בעלת שדה ראייה רחב יותר, שאין בה רכיבים נעים, דרך פיתוחי הצפנה אופטית משוכללים שנועדו להצפין מידע המשודר במערכות תקשורת (בשיתוף אוניברסיטת בן־גוריון), ועד פיתוחים הקשורים ל־Microwave Photonics, תחום העוסק בלוחמה אלקטרונית. השילוב של יכולות החישה הכלליות שמפותחות יכול להועיל מאוד גם לכל התחומים המתפתחים של תכנון ערים, בתים ומכוניות חכמות. יותר מ־40 סטודנטים לומדים את רזי המחקר והפיתוח במעבדתו של פרופ' זלבסקי בפקולטה להנסה בבר־אילן ומבטיחים ליצור לנו עתיד בריא ובעיקר מפתיע.
