Przełom w medycynie dziecięcej! Czujniki MRI z drukarki 3D odmienią diagnostykę najmłodszych!
Niektórzy z najmniejszych pacjentów medycyny stawiają przed diagnostyką obrazową największe wyzwania. Serce niemowlęcia może być wielkości orzecha włoskiego, bije bardzo szybko, a ciało dziecka dramatycznie zmienia się wraz ze wzrostem. Tymczasem większość sprzętu do rezonansu magnetycznego (MRI) produkowana jest w standardowych rozmiarach dopasowanych do ciał dorosłych, a spersonalizowane wersje mogą kosztować tysiące dolarów i wymagać miesięcy, a nawet lat produkcji.
Naukowcy z University of Southern California (USC) opracowali rozwiązanie tego problemu: elastyczne czujniki MRI, które można dostosować do indywidualnego pacjenta i wydrukować w technologii 3D w mniej niż 10 minut za około 30 dolarów. W testach czujniki te dały nawet czterokrotnie wyższy kontrast obrazu niż standardowe wersje komercyjne.
Lepsze dopasowanie do rosnącego ciała
Rezonans magnetyczny wykorzystuje silne magnesy i fale radiowe do generowania sygnałów z wnętrza ciała, które komputer przekształca w szczegółowe obrazy. Urządzenia zwane cewkami działają jak anteny odbierające te sygnały – im ciaśniej przylegają do badanego obszaru, tym wyraźniejszy jest obraz. To sprawia, że dopasowanie ma szczególne znaczenie u małych pacjentów: cewka zaprojektowana dla dorosłego pozostawia luki, gdy zostanie założona niemowlęciu lub dziecku, co utrudnia uzyskanie silnego sygnału. A ponieważ dzieci szybko rosną, sprzęt dopasowany na jednym etapie rozwoju już po kilku miesiącach może nie pasować.
Jak tłumaczy Yasser Khan, adiunkt inżynierii elektrycznej, komputerowej i biomedycznej na USC Viterbi School of Engineering, wyzwanie to przypomina dobór odpowiedniego obiektywu do aparatu: użycie dużego obiektywu do fotografowania czegoś bardzo małego nie da najostrzejszego obrazu, ale dostosowanie „obiektywu” – w tym przypadku cewki MRI – do konkretnego pacjenta pozwala uzyskać znacznie lepszy obraz. Po około trzech latach eksperymentów zespół Khana opracował proces drukowania przewodzącego tuszu srebrnego na termoplastycznym elastomerze – miękkim, rozciągliwym materiale o właściwościach zbliżonych do ludzkiej skóry, który może rozciągać się o 5–10%, pozwalając cewce zginać się i poruszać wraz z ciałem pacjenta.
Interdyscyplinarna współpraca pod jednym dachem
Ponieważ cewki zaczynają istnienie jako projekty cyfrowe, ich wymiary można szybko zmieniać – badacz może dostosować rozmiar lub kształt na komputerze i wydrukować nową cewkę zamiast czekać na wyprodukowanie specjalistycznej części. „W przypadku rosnącego dziecka może to oznaczać tworzenie różnych cewek w miarę zmian jego ciała” – mówi Khan. „Celem jest zapewnienie dzieciom dostępu do sprzętu obrazowego zaprojektowanego dla ich ciał, aby lekarze mogli uzyskać najwyraźniejszy możliwy obraz w miarę ich wzrostu”.
Technologia powstała dzięki interdyscyplinarnej współpracy w ramach USC Michelson Center for Convergent Bioscience, gdzie inżynierowie, specjaliści od obrazowania i klinicyści wspólnie pracują nad złożonymi problemami. Laboratorium Khana specjalizuje się w elastycznej i noszonej elektronice, natomiast Dynamic Imaging Science Center (DISC), kierowane przez profesora Krishnę Shrinivasa Nayaka, rozwija zaawansowane technologie MRI, w tym metody rejestrowania ciała w ruchu – dysponując, jak podają badacze, jedynym tego rodzaju systemem MRI na świecie. Do zespołu dołączył także John Wood, dyrektor ds. kardiologicznego MRI w Children’s Hospital Los Angeles, którego doświadczenie w obrazowaniu serc dzieci, w tym obrazowaniu serca płodu w czasie rzeczywistym, pomogło ukierunkować rozwój nowej technologii.
Źródło: University of Southern California (USC)
Czytaj też: To może być przełom w magazynowaniu energii! Zespół z UMK stworzył niezwykły materiał 3D!
Grafika tytułowa: Minku Kang / Unsplash
