نوآوری پژوهشگر ایرانی در ابزار هوشمند جراحی ستون فقرات

به گزارش خبرگزاری صدا و سیما، گروهی از پژوهشگران با همکاری محقق ایرانی ابزاری ابداع کرده‌اند که جراحی فیوژن ستون فقرات (spinal fusion surgery) را متحول می‌کند.

امیر علوی همراه نیتین آگاروال، استادیار‌های دانشگاه پیتسبورگ و دکتر کوجو همیلیتون موفق به دریافت گرنت R ۲۱ از NIH مؤسسه ملی سلامت آمریکا به مبلغ ۳۵۲،۲۱۳ 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 ایمن‌تر 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 نگهدارنده‌ها در جای خود نگهداشته می‌شوند. رصد فرایند بهبود در این روش نیازمند اشعه ایکس و بررسی علائم بیمار است.

به گفته آگاروال یکی از مؤلفان این تحقیق و استادیار دانشکده جراحی اعصاب در دانشگاه پیتسبورگ، 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 ۲۰۲۳ 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 گفت: 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.