Medical Engineering: March 2008 Archives

دانشمندان کلینیک دانشگاهی آچن و موسسه مدارهای میکروالکترونیک فرانهوفر، شبکیه ی قابل کاشتی را توسعه داده اند که می تواند سیگنال های نوری را از محیط بیرون، به صورت بی سیم دریافت کند. هدف از این پروژه، دست یابی به نوعی فن آوری است که قدرت بینایی را به افراد نابینا، بازگرداند.

امروزه در سراسر جهان، حدود سه ملیون نفر از تجمع رنگ دانه های سیاه در شبکیه رنج می برند که نوعی بیماری چشمی است که به آرامی منجر به نابینایی مطلق می شود. در حالی که سلول های شبکیه از بین می روند و نابود می شوند، برخی از سلول های عصبی در بسیاری از موارد سالم و بی عیب باقی می مانند. این سلول ها توسط وسائل کمکی دید، مانند شبکیه قابل کشت، تحریک می شوند. با این حال، منبع تغذیه و انتقال سیگنال از طریق سیم، هم برای بیمار و هم برای طراح، موانع عمده ای را ایجاد می کند.

به گزارش خبرگزاری برق، الکترونیک و کامپیوتر ایران (الکترونیوز)، هم اکنون کلینیک دانشگاهی آچن و موسسه مدارهای میکرو الکترونیک فرانهوفر (دویسبرگ، آلمان) شبکیه قابل کاشتی را توسعه می دهند که نه تنها سیگنال های نوری را از طریق امواج رادیویی دریافت می کند، بلکه انرژی مورد نیاز برای تغذیه مدارات داخلی کاشت، از طریق میدان الکترو مغناطیسی، تامین می شود.

فعلا این وسیله با کمک 25 الکترود محرک که به یاخته های گرهی متصل هستند، تجهیز شده است. در حالیکه محققان ادعا کرده اند که چنین وسیله ای، از مهیا کردن تجربه بینایی واقعی به دور است، افراد مورد آزمایش می گویند که قادر بوده اند تا طرح ها و نمونه هایی که به صورت الکترونیکی تولید شده اند را ببیند و یا احساسی خشن از تصاویر دریافتی داشته باشند.

این فن آوری همچنین می تواند به متخصصان چشم در ساده تر کردن کاشت چنین ابزاری در چشم یک انسان کمک کند. این کلینیک دانشگاهی می گوید سیستم بی سیم در مقایسه با کاشت وابسته به سیم آسان تر در چشم کاشته می شود و به آسانی قابل استفاده برای بیماران است.

هدف بلند مدت محققان، دستیابی به دستگاهی است که قدرت بینایی را به طور کامل باز گرداند. چند شرکت فن آوری پزشکی محلی پروژه ای با نام، EpiRet GmbH - نوعی سرمایه گذاری مشترک که سعی در تجاری کردن دستگاه دارد - را راه اندازی کرده اند. قدم بعدی، دستگاهی خواهد بود با قابلیت تفکیک پذیری و وضوح بالاتر و دوربینی که سیگنال های خود را برای تغذیه کاشت مورد نظر به کار گیرد.

یک پژوهشگر در دانشگاه ملی سان دیاگو، رویکردی ریاضی برای حل یک مسئله زیست شناختی در پیش گرفته است - طراحی یک آشکار ساز قابل حمل DNA. بر طبق مطلب نوشته شده در ژورنال بین المللی نانوتکنولوژی، این فرد از نوعی شبیه سازی ریاضی بهره برده است تا نشان دهد که چگونه یک ترانزیستور در مقیاس نانو می تواند با یک سیستم حسگر DNA یکی شود و سیگنال مشخصه ای را برای اجزای ویژه ای از DNA تولید نماید.

به گزارش خبرگزاری برق، الکترونیک و کامپیوتر (الکترونیوز) و به نقل از ساینس دیلی، ساموئل آفوآپ از دانشگاه ملی سان دیاگو، کالیفرنیا، تصریح کرد که یک ترتیب سنجDNA دستی می تواند تا حد زیادی به دانشمندان محیط زیست که بر روی محیط های آلوده کار می کنند، کمک کند. همچنین پژوهشگران پزشکی می توانند از این وسیله برای تشخیص اختلالات ژنتیکی، و حل مسائل و مشکلات ژنتیکی بهره ببرند. این حسگر می تواند در شناسایی سلاح های بیوتروریستی و یا در تجسس های جنایی نیز مورد استفاده قرار گیرد.

حسگر های زیستی DNA ، در ابتدا از برچسب فلوئورسنت برای هدف گیری DNA استفاده می کردند، اما این کار، هم پرهزینه بود و هم سرعت کمی داشت. اما نسل بعدی این حسگرها، از مولکول های واسطه برای افزایش سرعت این فرآیند و برچسب زدن به آنزیم ها استفاده کردند که به حسگر این امکان را می داد تا با سرعت بیشتری مولکولهای مورد نظر را انتخاب کند. با این حال هیچ کدام از این سیستم ها قابل حمل نبودند ولی روند تحقیقات اخیر به سمت سیستم هایی است که از برچسب زدن به مولکول ها استفاده نکنند و از معرف های پرهزینه بهره نبرند.

با این وجود، حسگرهای زیستی DNA امروزه همه جا و در تمام زمینه ها به کار می روند. اما تنها به دلیل نیاز به ابزارهای خاص، محدود به محیط آزمایشگاه می شوند. آفوآپ می گوید که ادامه ی تولید تجاری آن ها، تنها از طریق تولید انبوه حسگرهای زیستی DNA ممکن خواهد بود که می توانند در کاربردهای زیست محیطی، پزشکی، تجسس های جنایی و سایر موارد مورد استفاده قرار گیرند و این زمانی است که پژوهشگران بتوانند مشکل اساسی مرتبط با عملکرد ابزار آلات مولکولی موجود در تعامل بین نمونه و آشکارساز را برطرف کنند.

آفوآپ پیشنهاد می کند که نوع جدیدی از ابزار الکترونیکی، یعنی ترانزیستور اثر میدان گزیننده یون (ISFET)، باید در این نوع حسگر مجتمع شود. این نوع حسگر، می باید توسط هزاران دنباله ی شناخته شده ی DNA پوشانیده شود که می توانند با تکه های ویژه DNA که در یک نمونه پزشکی و یا زیست محیطی داده شده است، انطباق داده شوند.

تنها راه برای اینکه سیستم شروع به کار کند این است که ISFET بتواند تغییرات رسانایی را اندازه گیری کند. حسگری باید ساخت که در آن فرآیند ترکیب کردن DNA ها منجر به یک واکنش شیمیایی شود که در نتیجه تولید جریان الکتریکی می کند و می تواند باعث تولید سیگنال های الکترونیکی گسسته شود. این سیگنال ها توسط ISFET برداشته می شوند. الگوی مشخصه ی سیگنال می باید با ترکیب DNA معلومی بر روی حسگر مطابقت داشته باشد و بتواند وجود DNA خاص به کار رفته در نمونه را آشکار کند. فعالیت های ریاضی آفوآپ نشان می دهد که مدارهای واکنشی شیمیایی شناخته شده ی مختلفی در ارتباط با DNA ، قابل استخراج از این حسگرها هستند.

به گفته ی آفوآپ، ISFET ها زمینه مناسبی برای طراحی و گسترش ساخت حسگرهای DNA با قابلیت سرعت بالا، حساسیت فوق العاده و دقت بالا در انتخاب، فراهم می کنند. این حسگرهای قابل حمل DNA کاربردهای گسترده ای در پزشکی، کشاورزی، زیست محیطی و آشکار سازی سلاح های زیست محیطی خواهند داشت.

محققین هم اکنون به راه حلی برای یک سوم از بزرگسالان و یا هر کس دیگری که در مصرف داروهای خود، طبق زمان تجویز شده، دچار فراموشی می شوند، دست یافته اند: یک گردنبند سنسوردار که زمان و تاریخ دقیق را در هنگام بلعیدن قرص های مخصوص ثبت می کند، و در صورت فراموشی به کاربر اخطار می دهد.

میثم قوانلو، استادیار ایرانی گروه مهندسی برق و کامپیوتر موسسه ی تکنولوژی جئورجیا، گفت: "فراموشی یکی از مشکلات بسیار بزرگ است، به خصوص در میان افراد سالخورده، که نتیجه ی آن مصرف دارو در زمان غلط، متوقف کردن خیلی زود آن یا مصرف مقدار نامناسب می باشد." وی افزود: "مطالعات نشان می دهند که به علت عدم رعایت دارویی، سالانه میلیاردها دلار هزینه در نتیجه ی دوباره بستری کردن، عوارض، پیشرفت بیماری و حتی مرگ بر کشور متحمل می شود."

به گزارش خبرگزاری برق، الکترونیک و کامپیوتر ایران (الکترونیوز) و به نقل از فیزورگ، قوانلو و زوئلیانگ هوو، دانشجوی دوره ی تحصیلات تکمیلی، یک گردنبند سنسوری طراحی کرده اند که تاریخ و زمان بلعیدن قرص را ثبت می کند، که آن ها امیدوارند این امر موجب افزایش رعایت دارویی شده و هزینه های غیر ضروری سلامت را کاهش دهد. جزئیات این دستگاه در شماره ی دسامبر 2007 ژورنال IEEE Sensors چاپ شد.

این گردنبند، که MagneTrace نام دارد، حاوی آرایه ای از سنسورهای مغناطیسی است که می توانند هنگام عبور قرص های مخصوصی- که دارای یک آهنربای بسیار ریز می باشند- از مری بیمار، آن ها را آشکارسازی نمایند. برای کسانی که تمایل ندارند گردنبند را بپوشند،سنسورهای MagneTrace می توانند در کنار هم بر روی قفسه ی سینه متصل شوند.

تاریخ و زمان بلعیدن قرص توسط فرد می تواند در یک دستگاه بی سیم دستی، مانند تلفن همراه، که توسط فرد حمل می شود، ضبط شود. سپس این اطلاعات از طریق اینترنت به پزشک، پرستار یا اعضای خانواده ی بیمار ارسال می شود. این دستگاه می تواند هم بیمار و هم پزشک او را در صورت عدم استفاده ی مقدار مناسب دارو در زمان مناسب مطلع سازد.

بر اساس نظرسنجی Wall Street Journal در سال 2005، یک سوم از بزرگسالان امریکائی که داروهایی برای آنان تجویز شده بود، گزارش دادند که ا دستورات توصیه شده ی پزشک پیروی نمی کنند، و دو سوم اظهار کرده بودند که مصرف داروهای خود را فراموش می کنند.

این تکنولوژی همچنین می تواند تحقیقات پزشکی را کم کرده و نیاز به تکرار آن ها را برطرف سازد. این امر می تواند موجب کاهش هزینه های شرکت های داروئی شده و در نتیجه هزینه ی داروها را برای بیماران نیزپائین خواهد آورد. به گفته ی قوانلو، MagneTrace برای تحقیقات پزشکی در ابعاد کوچک و بزرگ و همینطور برای بیماران شخصی مناسب می باشد.

محققین یک گردن مصنوعی با استفاده از لوله ی PVC که از پوشال های پلاستیکی پر شده بود، طراحی و آزمایش کردند. آن ها یک گردنبند حاوی آرایه ای از سنسورهای حساس مغناطیسی-القائی به دور این گردن مصنوعی قرار دادند تا آشکارسازی عبور قرص از درون آن را مطالعه نمایند.

سنسورهای مغناطیسی در جهت های مختلفی توزیع شده بودند که امکان آشکارسازی قرص را بدون توجه به جهت آن هنگام عبور از حلق بیمار میسر می ساخت. سنسورها بوسیله ی یک واحد کنترل بر روی گردنبند کار می کردند که حاوی یک باتری، مدارات مدیریت توان، میکروکنترلر توان-پائین و فرستنده-گیرنده ی بی سیم رادیو فرکانسی بود. گردنبند نمونه ای MagneTrace با شش سنسور، وزنی کمتر از اونس (یک شانزدهم پوند) دارد.

قوانلو گفت: "نتایج اولیه آزمایش گردن مصنوعی، 94.4 درصد آشکارسازی درست و حدود 6 درصد جواب مثبت غلط در هنگام عبور از نواحی که در منطقه ی آشکارسازی نیستند، نشان می دهد."

مزیت دیگر MagneTrace این است که بر عمل بلعیدن نظارت می کند، در حالی که تکنولوژی های دیگری که هم اکنون در بازار موجود می باشند بلعیدن افراد را بررسی نمی کنند، که این امر به راحتی می تواند از طرف کاربران دور زده شود و عمدی یا غیر عمدی تقلبی صورت گیرد. چنین تکنولوژی از مزیت شناسائی رادیو فرکانسی بهره می برد؛ هنگامی که قرص از بسته بندی خود بیرون می آید، موجب شکسته شدن یک اتصال هادی چاپ شده و ارسال یک سیگنال می شود.

قوانلو در این زمینه اظهار داشت: "دستگاه های دیگر تنها به پزشک می گویند که یک شیشه ی قرص باز شد. این دستگاه ها به اندازه ی کافی هوشمند نیستند که بگویند چند قرص از شیشه خارج شده است، در صورتی که چیزی خارج شده باشد، و یا اینکه آیا قرص واقعا توسط بیمار موردنظر بلعیده شد."

یک دستگاه که واقعا عمل بلعیدن را مورد بررسی قرار می دهد، از یک سنسور نوری استفاده می کند که رنگ فلورسنتی را که بر روی دارو قرار داده شده است، همزمان با ورود آن به جریان گردش خون آشکارسازی می نماید.

قوانلو در این باره گفت: "مشکل این تکنولوژی آن است که بیمار باید یک ماده ی شیمیایی اضافی را به بدن خود بیفزاید و تاثیرات جانبی منفی طولانی مدت فلوئورفورها بر بدن انسان هنوز به خوبی مطالعه نشده است."

از طرفی، MagneTrace طوری طراحی شده است که هیچ عارضه ای بر بدن انسان ندارد. هر چند این دستگاه هنوز بر روی حیوانات و انسان ها آمایش نشده است، تحلیل های نظری و تجربی نشان می دهند که نیروی مغناطیسی آهنرباها می تواند بوسیله ی روکش به کمتر از نیروی ناشی از وزن دنبال کننده ها کاهش یابد.

قوانلو گفت: "آهنربا باید به راحتی از روده و معده ی بیمار بدون هیچ اثر متقابلی عبور نماید و ظرف حدود 24 ساعت بدون هیچ تاثیری خارج شود."

این تکنولوژی یک روش راحت و کم هزینه برای کمک به افراد در مصرف مناسب داروهای خود ایجاد می کند و به محققین و شرکت های داروسازی کمک می نماید تا تحقیقات پزشکی دقیق تری بر روی داروهای جدید انجام دهند.