افتخار آفرینی محقق ایرانی در آمریکا؛ ساخت ایمپلنت هوشمند و خودتوان ستون فقرات

به گزارش سرویس علم و فناوری پایگاه خبری سوفیانیوز،به نقل از اینترستینگ انجینرینگ، امیر علوی همراه نیتین آگاروال، استادیارهای دانشگاه پیتسبورگ و دکتر کوجو همیلیتون موفق به دریافت گرنت R21 از NIH مؤسسه ملی سلامت آمریکا به مبلغ 352,213 دلار شده‌اند تا نخستین ایمپلنت ستون فقرات خودتوان را ایجاد کنند که قادر به ارسال داده‌های لحظه‌ای از داخل بدن باشد.

این پروژه با هدف ایمن تر کردن فرایند بهبود از جراحی فیوژن ستون فقرات انجام شد تا به پزشکان اجازه دهد فرایند درمان را از راه دور رصد و قبل از بروز مشکلات دخالت کنند. در جراحی فیوژن ستون فقرات دو مهره با استفاده از یک قفس فلزی و پیوند استخوان به یکدیگر جوش داده و با پیچ‌ها و نگهدارنده ها در جای خود نگهداشته می‌شوند. رصد فرایند بهبود در این روش نیازمند اشعه ایکس و بررسی علائم بیمار است.

آگاروال یکی از مؤلفان این تحقیق و استادیار دانشکده جراحی اعصاب در دانشگاه پیتسبورگ می‌گوید: ما پس از پیوند قطعه با استفاده از اشعه ایکس و علائمی که در بیمار دیده می‌شود، آن را رصد می‌کنیم. این بدان معناست که بیماران باید به طور حضوری مراجعه کنند و در معرض اشعه قرار گیرند.

از آنجا که ادامه رصد فرایند درمان کار سختی است، بنابراین یک تجربه خدمات درمانی پیوسته نیست. هرچند پیش از این دستگاه‌های بی سیم قابل ایمپلنت نیز وجود داشتند، اما به باتری و قطعات الکترونیک متکی بودند و به همین دلیل عمرشان محدود بود.

در همین راستا پیش زمینه علوی در حوزه مهندسی به کار آمد. وی در زمان دانشجویی در مقطع دکتری حسگرهایی برای رصد زیرساخت پل‌ها ابداع کرده بود. این حسگرها برق خود را تولید می‌کردند و هنگامیکه نشانه‌هایی از فشار یا ضعف دیده می‌شد، هشدار می‌فرستادند. او متوجه شد همین ایده را می‌توان برای ایمپلنت‌های ستون فقرات به کار برد. علوی که محقق ارشد پژوهش است در این باره می‌گوید: بدون باتری، بدون آنتن و قطعات الکترونیکی در شرایط واقعی، هیچ نگرانی وجود ندارد! ما با ترکیب طراحی‌های مواد متا و برداشت انرژی نانو توانستیم ایمپلنت‌های بدون باتری و بدون قطعات الکترونیکی بسازیم که از طریق شارژ الکتریکی در نتیجه تماس، انرژی خود را تأمین می‌کنند.

همکاران علوی از مواد متا، کامپوزیت‌های ساخت انسان همراه لایه‌های درهم تنیده مواد رسانا و غیررسانا در این پژوهش استفاده کردند. این سازه‌ها انرژی را برداشت و در هنگام اعمال فشار، سیگنال‌هایی ارسال می‌کنند.

علوی و آگاروال در سال 2023 میلادی یکپارچه سازی این فناوری را با قفس‌هایی که در فیوژن ستون فقرات به کار می‌رود، آغاز کردند. تحقیق آنها نشان داد ایمپلنت‌های مذکور رصد و ثبات ستون فقرات طی فرایند بهبود از جراحی را ارتقا می‌دهند.

این محقق ایرانی می‌گوید: ما قفس‌هایی برای جراحی فیوژن ستون فقرات می‌سازیم که شبیه سلول‌های انسانی هستند و هوش طبیعی و داخلی دارند. همزمان با بهبود ستون فقرات، سیگنال‌های این ایمپلنت نیز تغییر می‌کند. اگر ستون فقرات در حال بهبود باشد، استخوان بار بیشتری را تحمل می‌کند و سیگنال‌های تولیدی ایمپلنت کاهش می‌یابند. این سیگنال‌ها بلافاصله پس از جراحی قدرتمندتر هستند زیرا صفحات انتهایی مهره‌ها فشار بیشتری بر روی قفس وارد می‌کنند.

سیگنال‌های ایمپلنت به وسیله یک الکترود پشت بیمار دریافت می‌شود و به یک ابر رایانشی ارسال می‌شود تا پزشکان بتوانند آنها را به طور واقعی تحلیل کنند. این امر به دخالت زودهنگام قبل از بروز مشکلات جدی کمک می‌کند.

البته محققان همکار علوی از هوش مصنوعی مولد برای شخصی سازی قفس نیز استفاده کردند.