وبلاگ
حسگر MRI چاپ سه‌بعدی برای نوزادان؛ تصویر روشن‌تر با ابزار متناسب با بدن
برای یک نوزاد، ابزار تصویربرداری بزرگسالان فقط کمی بزرگ نیست؛ ممکن است آن‌قدر نامتناسب باشد که کیفیت تصویر را پایین بیاورد. پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیای جنوبی روشی ساخته‌اند که حسگرهای انعطاف‌پذیر MRI را متناسب با بدن نوزاد و کودک چاپ سه‌بعدی می‌کند. طبق گزارش منتشرشده، ساخت هر حسگر کمتر از ۱۰ دقیقه زمان می‌برد و هزینه مواد آن حدود ۳۰ دلار است.
مشکل MRI برای بیماران کوچک چیست؟
دستگاه MRI با میدان مغناطیسی و امواج رادیویی از بافت‌های بدن تصویر می‌گیرد. بخشی که سیگنال را دریافت می‌کند «کویل» نام دارد و عملکردی شبیه آنتن دارد. هرچه این کویل بهتر و نزدیک‌تر با عضو مورد بررسی تطبیق پیدا کند، سیگنال قوی‌تر و تصویر روشن‌تر خواهد بود.
بیشتر کویل‌های تجاری در اندازه‌های استاندارد ساخته می‌شوند و بسیاری از آن‌ها برای بدن بزرگسال طراحی شده‌اند. در نوزادان و کودکان، فاصله میان کویل و بدن می‌تواند کیفیت سیگنال را کاهش دهد. سفارش یک کویل اختصاصی نیز معمولاً فرایندی کند و پرهزینه است؛ ضمن آنکه بدن کودک رشد می‌کند و اندازه مناسب امروز ممکن است چند ماه بعد مناسب نباشد.
حسگر MRI چاپ سه‌بعدی چگونه ساخته می‌شود؟
گروه دانشگاه کالیفرنیای جنوبی به سرپرستی یاسر خان، جوهر رسانای نقره را مستقیماً روی یک الاستومر ترموپلاستیک چاپ می‌کند. این زیرلایه نرم و کشسان است و رفتار مکانیکی آن به پوست شباهت دارد. 3D Printing Industry گزارش می‌دهد که کویل نهایی حدود ۵ تا ۱۰ درصد کش می‌آید و می‌تواند بهتر با شکل بدن همراه شود.
فایل دیجیتال حسگر را می‌توان بر اساس ابعاد بیمار تغییر داد و همان‌جا دوباره ساخت. این ویژگی در پزشکی کودکان اهمیت ویژه دارد: به‌جای نگهداری مجموعه‌ای بزرگ از اندازه‌های ثابت، مرکز درمانی می‌تواند اندازه مناسب را از روی داده بیمار آماده کند. ویدیوی معرفی رسمی دانشگاه کالیفرنیای جنوبی درباره حسگر MRI کودکان نیز روی هدف پروژه، یعنی تصویربرداری شفاف‌تر برای کوچک‌ترین بیماران، تمرکز دارد.
نتیجه اولیه چقدر امیدوارکننده است؟
در آزمایش‌های گزارش‌شده، حسگرهای سفارشی حدود چهار برابر کنتراست تصویری کویل‌های تجاری استاندارد را ایجاد کرده‌اند. عدد «چهار برابر» به نتایج همین سامانه و شرایط آزمایش مربوط است و نباید آن را به همه اسکن‌ها، همه دستگاه‌های MRI یا همه بیماران تعمیم داد. کیفیت تصویر به عوامل متعدد دیگری مانند نوع توالی تصویربرداری، میدان دستگاه، حرکت بیمار و محل اسکن وابسته است.
پژوهشگران همچنین این حسگرها را در کنار فناوری تصویربرداری پویای مرکز Michelson آزموده‌اند؛ جایی که ثبت اندام‌های در حال حرکت، از جمله قلب تپنده، اهمیت دارد. کویل نرم و نزدیک به بدن می‌تواند برای چنین کاربردهایی مفید باشد، اما تبدیل نتیجه آزمایشگاهی به ابزار بالینی روزمره نیازمند ارزیابی‌های بیشتری است.
چرا زمان ساخت کمتر از ۱۰ دقیقه مهم است؟
سرعت در این پروژه فقط یک رکورد جذاب نیست. اگر ساخت قطعه ماه‌ها طول بکشد، شخصی‌سازی برای کودک در حال رشد معنای خود را از دست می‌دهد. فرایند سریع اجازه می‌دهد اندازه حسگر با تغییر بدن بیمار به‌روزرسانی شود و در صورت خرابی نیز قطعه جایگزین در زمان کوتاهی ساخته شود.
هزینه حدود ۳۰ دلار نیز هزینه گزارش‌شده برای ساخت حسگر است، نه قیمت نهایی یک ابزار پزشکی آماده استفاده. هزینه مهندسی، الکترونیک اتصال، کنترل کیفیت، استریل‌سازی یا ضدعفونی، نیروی متخصص، تأییدیه‌های قانونی و نگهداری تجهیزات جداگانه‌اند. با وجود این، پایین بودن هزینه مواد نشان می‌دهد تولید دیجیتال می‌تواند مانع اقتصادی نمونه‌های سفارشی را کاهش دهد.
این فناوری چه فرقی با چاپ یک قاب پلاستیکی دارد؟
در چاپ سه‌بعدی معمول، هدف ایجاد شکل مکانیکی است. اینجا خود مسیر چاپ‌شده باید جریان الکتریکی را عبور دهد و به‌عنوان آنتن MRI کار کند. بنابراین انتخاب جوهر، یکنواختی مسیر رسانا، مقاومت الکتریکی، چسبندگی به زیرلایه و اتصال امن به دستگاه به‌اندازه شکل هندسی اهمیت دارند.
تیم پژوهشی حدود سه سال روی ترکیب مواد انعطاف‌پذیر، پلاستیک‌ها و فرمول‌های فلزی قابل چاپ کار کرده و برای ارتباط کویل با سخت‌افزار MRI، الکترونیک اختصاصی ساخته است. این جزئیات نشان می‌دهد مزیت پروژه فقط در اختیار داشتن یک پرینتر نیست؛ نتیجه از همکاری مهندسی برق، مواد، تصویربرداری و پزشکی کودکان به دست آمده است.
از آزمایشگاه تا بیمارستان چه موانعی باقی مانده است؟
هر وسیله‌ای که به سامانه MRI متصل می‌شود باید از نظر ایمنی الکتریکی، گرم‌شدن، سازگاری با میدان مغناطیسی و پایداری عملکرد بررسی شود. یک حسگر منعطف همچنین باید در برابر خم‌شدن تکراری، رطوبت، مواد پاک‌کننده و استفاده روزمره دوام بیاورد. روش شخصی‌سازی باید چنان استاندارد شود که تغییر اندازه فایل باعث تغییر پیش‌بینی‌نشده در رفتار الکتریکی کویل نشود.
مقاله خبری هنوز از عرضه تجاری یا استفاده گسترده بالینی خبر نمی‌دهد. بنابراین این فناوری را باید یک دستاورد پژوهشی امیدوارکننده دانست، نه محصولی که همین امروز در همه بیمارستان‌ها قابل سفارش باشد. مسیر بعدی شامل آزمایش روی گروه‌های بیشتر، مقایسه بالینی، مستندسازی فرایند و دریافت مجوزهای لازم خواهد بود.
اهمیت گسترده‌تر: ابزار پزشکی متناسب با بدن هر فرد
ارزش چاپ سه‌بعدی در پزشکی اغلب در شخصی‌سازی است. بدن انسان اندازه استاندارد واحد ندارد و این تفاوت در کودکان پررنگ‌تر است. وقتی ابزار از فایل دیجیتال ساخته شود، می‌توان هندسه را به‌جای مجبور کردن بیمار به تطبیق با محصول آماده، با بیمار هماهنگ کرد.
همین منطق در مدل‌های جراحی، پروتز، ارتز، قالب‌های دندانپزشکی و ابزار آموزشی نیز دیده می‌شود. البته شخصی‌سازی پزشکی به اسکن درست، طراحی معتبر، ماده مناسب و کنترل کیفیت نیاز دارد؛ چاپگر فقط یکی از حلقه‌های زنجیره است.
جمع‌بندی برای مخاطبان سی‌زان
حسگر MRI چاپ سه‌بعدی دانشگاه کالیفرنیای جنوبی نمونه‌ای روشن از کاربردی است که تولید سنتی در آن با مشکل اندازه، زمان و هزینه روبه‌روست. اگر آزمون‌های بعدی موفق باشند، مراکز تصویربرداری می‌توانند به ابزارهایی برسند که برای بدن بیمار ساخته می‌شوند، نه فقط برای یک اندازه متوسط فرضی. برای دیدن نمونه‌های دیگر می‌توانید صفحه کاربرد پرینتر سه‌بعدی در پزشکی را مرور کنید. همچنین مطلب کاربرد چاپ سه‌بعدی در دندانپزشکی نشان می‌دهد همین زنجیره اسکن، طراحی و ساخت سفارشی چگونه در شاخه‌ای دیگر از درمان استفاده می‌شود.
