پرینت سه بعدی و سونوگرافی از مغز با استفاده از لنزهای هولوگرافیک

محققان دانشگاه فنی والنسیا در اسپانیا لنزهای هولوگرافیک آکوستیکی طراحی و پرینت سه بعدی کرده‌اند که می‌تواند برای سونوگرافی از داخل مغز کمک‌کننده باشند. با انجام شبیه‌سازی‌های کامپیوتری این تیم فهمید که میادین اکوستیکی وجود دارند که فواصل پخش‌شدن آن مطابق با ساختار سیستم مرکزی عصبی انسان است. این لنزها که با استفاده از پرینتر سه بعدی تولید شده‌اند به گونه‌ای مهندسی شده‌اند که می‌توانند میادینی تولید کنند که مناطق مختلف مغز را هدف‌گیری می‌کنند. تصویربرداری بهتر مغزی و حتی تزریق دارو از طریق سونوگرافی می‌توانند ممکن شوند. ارتباط بین پرینت سه بعدی و سونوگرافی از مغز شاید هم‌اکنون مشخص و واضح نباشد اما در ادامه روشن خواهد شد.

سونوگرافی با وجود اینکه به صورت گسترده در تشخیص بیماری‌ها و تصویربرداری از بافت‌های نرم به کار می‌روند به صورت معمول برای تصویربرداری و تشخیص بیماری‌های مغزی به کار نمی‌روند. این به این دلیل است که نمی‌توان فراصوت را به صورت دقیق کنترل کرد تا در داخل سیستم عصبی متمرکز شود. شکل خاص جمجمه، شکستگی‌ها و تورفتگی‌ها و سایر انحرافات آن باعث می‌شود که فراصوت نتواند روی بافت مغزی به خوبی متمرکز شود. یک راه برای دورزدن این مشکل این است که از دستگاه‌های خاصی استفاده کنند که بتوانند فراصوت دریافتی را کنترل کند و انحرافات به وجود آمده از شکل خاص جمجمه را تصحیح کند و به نوعی وارد جمجمه شود. البته این روش بسیار گران‌قیمت است و تصاویر دریافتی رزولوشن پایینی دارند.

پرینت سه بعدی و سونوگرافی مغز

روند تولید هولوگرام (a) تصاویر ام ار ای و سی تی (b) هدف مشخص شده قرمز که به عنوان منبعی برای دریافت اکوستیک عمل می‌کند و سطح دریافتی از هولوگرافی (ناحیه آبی) (c) دیزاین لنز (d) پراکندی فرستاده شده از لنز هولوگرافیک (قرمز) به بافت هدف(آبی)

نفوذ به داخل جمجمه

دانشگاه پلی‌تکنیک والنسیا لنز هولوگرافیکی پرینت کرده است که یک مکعب پلاستیکی است که سایز وکسل‌های آن با یکدیگر فرق دارند. موج‌های فراصوت با برخورد به این وکسل‌های مختلف به اندازه‌های متفاوتی شکست پیدا می‌کنند. تداخل این امواج منکسرشده یک هولوگرام می‌سازد که بر یک حجم سه بعدی در داخل مغز متمرکز است.

این مطالعه با تولید مدل‌های کامپیوتری جمجمه و مغز آغاز شد. محققان هندسه و خواص آکوستیکی مغز انسان را از کت-اسکن‌های اپن-سورسی که وجود داشت اقتباس کردند. داده‌های به دست‌آمده از MRI هم جمع‌آوری شدند تا اطلاعاتی که درمورد بافت نرم مغزی وجود دارد نیز بررسی شود. یک نمونه دقیق از مغز (که به فانتوم جمجمه نیز معروف است) طراحی سه بعدی و پرینت سه بعدی شد.

پس از مدلسازی سه بعدی مغز و جمجمه تیم تحقیقاتی یک متد کشف کرد که امواج فراصوت را در داخل مغز خم کند. سه نوع هولوگرافی متمرکز استفاده شد که پیچیدگی آن‌ها بسته به مدل افزایش پیدا می‌کرد. اولین هولوگرام موج را روی یک نقطه متمرکز می‌کند، دومین هولوگرام موجب شکل‌گیری یک موج خمیده می‌شود و آخرین هولوگرام امواج را هدایت می‌کند تا کل هیپوتالاموس راست را پر کند. محاسبه فاز و دامنه امواجی که از منبع منتشر می‌شوند الزامی است. دانشمندان سپس لنزهای هولوگرافیکی طراحی کردند که بتوانند چنین امواجی را با مشخصات مخصوص تولید کنند.

این لنزهای هولوگرافیک سپس پرینت سه بعدی شدند و با فانتوم جمجمه تست شدند. در مقایسه با شبیه‌سازی کامپیوتری، داده‌های به دست آمده بسیار در توافق با تئوری بودند. با تولید الگوهای پیچیده، لنزهای پرینت سه بعدی شده موفق شدند کمک کنند که پرتوهای اکوستیک را بر نفوذ به داخل جمجمه متمرکز کنند. این پرتو می‌تواند به صورت موثر  نواحی داخلی مغزی مثل هیپوکامپوس را هدف بگیرند و در نتیجه تصاویر شفاف‌تری به وجود بیاورند.

 

پرینت سه بعدی و سونوگرافی

ستاپ آزمایشی که نشان دهنده دیاگرام بلاک و فانتوم جمحمه داخل تانکر آب است که منبع فراصوت و هولوگرام اکوستیک در پایین آن قرار دارند.

این مطالعه اگر خوشبینانه نگاه کنیم می‌تواند منجر به راه‌های درمانی ارزان‌قیمت و تصویربرداری از سیستم عصبی مرکزی شود. به علاوه، این لنزهای هولوگرافیک شاید بتوانند فعالیت عصبی مغز را با واردکردن موج‌های فراصوت تغییر دهند و امکان نورومدولیشن فعال‌شده با امواج فراصوت را به وجود بیاورند. این لنزهای هولوگرافیک پرینت سه بعدی شده همچنین می‌توانند در تکنیک‌های جدید رساندن دارو کاربرد داشته باشند. به طور خاص شاید بتوانند سد خونی-مغزی (BBB)* را بشکند که به صورت عمومی مانع داروهای ضد آلزایمر به داخل سیستم عصبی مغز می‌شود.

*سد خونی مغزی یا در اصطلاح پزشکی (BBB) محدودهٔ جداکننده بین مایع برون‌سلولی مغز در سیستم اعصاب مرکزی و جریان خون گردشی در بدن است بطوریکه اگر مواد رنگی به‌درون خون تزریق شود می‌توان مشاهده کرد که از این ماده درون مغز اثری دیده نمی‌شود. این پرده یا سد از مویرگ‌های ویژه تشکیل شده که بر خلاف ساختار عادی در مویرگ‌ها دارای منافذ معمول نبوده و اتصال بین سلولی در آن‌ها از نوع اتصال‌محکم است و در نتیجه بسیاری از ملکول‌ها و ریز ملکول‌ها و همچنین باکتری‌ها قادر به گذشتن از آن‌ها(از طریق انتشار) و رسیدن به مایع مغزی نخاعی در مغز نیستند. متقابلاً سطح اندوتلیال این مویرگ‌ها از پروتئین‌های ویژه پوشیده شده که توسط آن‌ها ورود گلوکز به مغز به عنوان تغذیه امکان‌پذیر می‌گردد. همچنین تبادل گازی (اکسیژن- دی‌اکسید کربن) بین خون گردشی و مغز از این سد بدون مشکل قابل انجام است.

۵/۵ (۲ Reviews)

نظرات کاربران